激光辐照下非稳腔镜变形对激光模式的影响

分析了正支虚共焦非稳腔中腔镜变形对激光模式的影响,采用时间离散化、快速傅里叶变换(FFT)和有限元分析(FEA)方法解决腔镜变形和激光模式两者之间的耦合问题。计算结果表明,随着激光器工作时间的增加,腔镜温升和变形相应增大,谐振腔模式变差,输出光场相位均匀性变差,呈现散焦现象,输出光束质量下降。实验验证了激光器输出光束质量随出光时间的延长而逐渐变坏。

激光窗口热效应和应力双折射的分析

分析了平板窗口在激光加热和内外压强差作用下对光束带来的附加相移,详细讨论了应力双折射部分的相移,计算了CaF2窗口的温升、应力、附加相移、远场Strehl比和退偏度等的分布。结果表明:窗口变形和折射率随温度变化是产生附加相移的主要原因,窗口的非均匀温升将导致光束质量下降,应力双折射部分的相移与窗口表面Miller指数有关,对入射光产生一定的退偏效应,从而影响光束质量。

激光窗口形状对应力和光束位相影响的数值计算

计算了对流冷却下 50 0 k W DF激光器 Ca F2 输出窗口的温升 ,得到了平板形和球壳形输出窗口的应力分布和光束的位相分布 ;分析了窗口形状对应力和位相分布的影响。

激光辐照下铝膜反射镜温升和热应力的计算

分析了激光对以K9玻璃为基体的铝膜反射镜的加热问题 ,将铝膜作为平面热传导 ,K9玻璃基体作为三维热传导 ,用有限元法计算了温度分布和K9玻璃基体的热应力分布 ,讨论了反射率和激光传输距离对温升和热应力的影响。结果表明 ,二者对温升和应力的影响很大 ,铝膜反射率增大 ,温升和应力变低 ,激光传输距离增加 ,温升和应力也变低。铝膜的破坏阈值大于K9玻璃的破坏阈值 ,在确保铝膜反射率的同时 ,根据K9玻璃基体应力小于其抗拉强度来选择合适的传输距离 ,可避免反射镜破损。

红外双色探测研究

分析了红外双色探测的工作原理 ,计算了双色探测中等效比值与辐射源温度的关系 ,并与报道的实测结果进行了比较 ,提出了通过判断比值的大小来识别真实目标。

球壳激光窗口附加相移的分析和计算

分析了球壳激光窗口附加相移产生的原因 :窗口本身光路长度不等、窗口材料的热和弹光效应引起的折射率和应变分布不均。用差分法计算了光波阵面附加相移的分布 ,结果表明 ,窗口参数的选择对光束位相分布影响较大。考虑热和弹光效应 ,依据远场光斑中心峰值的大小 ,得到较佳的窗口参数 ,减小了附加相移对光束质量的影响。

CO_2激光辐照下热敏电阻温升的数值计算与实验

对激光照射下热敏电阻的温升进行计算 ,得到温升和热敏电阻输出信号与入射激光功率的关系 :当激光功率小于热敏电阻的破坏阈值时 ,输出信号与激光功率近似线性关系 ;同时计算了破坏阈值的大小。实验采用CO2 激光器 ,测量了热敏电阻输出信号与入射激光功率的曲线 ,分析表明 ,热敏电阻吸收激光能量造成的热破坏是主要原因 ,在允许的误差范围内 ,计算与实验结果基本一致。

表面对流冷却下非稳腔激光窗口温升分布的计算

用有限差分法计算了强迫对流冷却下非稳腔激光器 Ca F2 输出窗口在不同换热系数、不同激光功率和不同窗口厚度下的温升分布 ,温升随时间的变化及温度梯度沿激光输出方向的分布 ,分析了各个参数对激光器窗口温升的影响。

激光照明的大气后向散射理论模拟和试验研究

分析了瑞利与米氏散射模型的后向散射对激光照明的影响 ,讨论并计算了不同气溶胶模型的散射相函数。建立了激光照明后向散射的物理模型 ,提出了具有实际应用价值的后向散射影响函数及其解析表达式并进行了理论分析。利用面阵CCD探测器对实际大气条件下后向散射对照明的背景干扰进行了测量 。

采用聚焦度量的散焦模糊图像参数鉴别及复原

散焦模糊图像点扩散函数(PSF)具有明确的数学模型,一般复原方法均采取先估计PSF,再估计原始图像的方式。基于聚焦度量思想,参考MTF复原方法中曲线逼近的方式,提出了参数—曲线式方法,即先利用拉普拉斯梯度、平方梯度和误差平方三种度量算子鉴别散焦模糊半径,确定其点扩散函数,而后利用二次迭代式的维纳滤波对模糊图像进行复原。仿真实验结果表明:该方法计算量小,迭代次数少,鉴别精度高,抗噪性良好。

一种自适应的雾天降质图像清晰化方法研究

用幂次变换函数取代传统的累积积分函数做直方图均衡,使输出图像亮度可调,显示更多细节。对Retinex理论求解法的Kimmel变分模型做了修改,增加了增强图像细节的因式项。将直方图幂次变换函数均衡化法和基于Retinex理论的图像增强法相结合,讨论了结合原则,提出了以图像方差指标作为结合与否的判据,达到了自适应处理薄、浓雾天降质图像的目的。实验表明,该方法既防止了单一进行直方图均衡在图像颜色细节上的畸变,又提高了基于Retinex理论图像增强法去浓雾的能力,取得了较好的视觉效果。

运动模糊参数的空域鉴别方法

匀速直线运动模糊图像的复原,关键在于点扩散函数参数(运动模糊方向和模糊尺度)的鉴别。为此,提出了一种运动模糊参数的空域鉴别方法,该方法利用3×3微分算子的任意方向微分功能鉴别运动方向,而后求微分图像自相关函数来鉴别运动模糊尺度。在搜索运动方向时将搜索步长分为两层,较大步长做粗略搜索,较小步长做精细搜索。仿真实验过程中,利用改进的维纳滤波器复原模糊图像,结果表明该方法计算复杂度低,鉴别精度高,复原效果好。

温度变化下研磨金属表面反射率和发射率的测量

介绍了测量材料表面双向反射分布函数和发射率的原理和方法,搭建了532 nm和1 064 nm波长双向反射分布函数和表面发射率测量平台,对经金刚砂(320目)研磨后金属靶板表面的反射率和发射率及中等温升情况下的变化特性进行了实验测量。测量结果表明,粗糙金属靶板表面近似为朗伯辐射体,反射率低于0.25。在常温至320℃范围内,靶板表面反射分布、反射率和发射率的变化幅度较小。

孔栅斜置对远场的影响

应用光波叠加原理,通过数值计算方法,分析了孔栅斜置对远场测量的影响。结果表明:孔栅斜置带来附加位相差,导致了远场分布与通常的孔栅竖直放置的不同,给光强(从而功率、光束质量等)的测量带来系统误差。孔栅平面越偏离竖直面,影响越大,且对衍射级越大的光斑的影响也越大。在设计和使用孔栅时,应选取较小的偏离角;在进行功率、光束质量等参数诊断时应选取低级次的衍射斑。

水平蒙气色差对光轴定标的影响

激光系统的发射光和跟踪光波长通常会有所不同,在近地面开展发射光轴和跟踪光轴的高精度定标时,需要考虑水平传输路径上的大气蒙气色差。理论分析得到水平大气蒙气色差与大气温度垂直梯度、气压垂直梯度、激光波长及传输距离之间的关系,进而分析了近地面水平大气蒙气色差带来的光轴定标误差。利用自动气象站测量了不同高度的大气温度和气压,计算分析表明近地面1 km水平大气对1μm和5μm两个波段可能会造成3μrad的蒙气色差,引起约1.5μrad的定标误差。研究表明为减小光轴定标误差,需监测近地面水平大气蒙气色差,并选择在大气蒙气色差较小的时刻进行光轴定标。

光伏型光电探测器漂移-扩散模型的改进

提出了改进的描述光伏型半导体光电探测器中载流子输运的漂移-扩散模型,该模型能适合更高强度的激光辐照,可以模拟光生载流子的长时间过程。依据该模型,对光伏型探测器进行了模拟计算,得到了激光辐照下探测器的动态响应规律、探测器温升以及材料参数对探测器响应的影响。

纳秒级脉宽砷化镓激光器阵列

报导砷化镓激光器阵列的实验结果。该阵列光束的脉宽约０．７～５ｎｓ，近场光斑面积约１００ｍｍ×６ｍｍ；已被用于触发高功率电磁脉冲发生器中的半导体光导开关阵列。报导一种提高光脉冲重复率的方法—双脉冲序列法，用该方法使激光脉冲等效重复率达约１００ＭＨｚ；介绍一种使激光器阵列输出光斑中光能均匀分布的多光束叠加方案。

荧光再吸收对固体荧光制冷的影响

建立了荧光再吸收的蒙特卡罗计算模型，对不同尺寸的Yb^3＋：ZBLANP玻璃材料的荧光再吸收作用进行了数值计算，给出了由于再吸收作用引起的荧光平均波长红移与界面反射和材料尺寸的关系。对于立方体形状，当材料尺寸较小时由界面全反射引起的荧光平均波长红移量占主要部分；随着尺寸的变大，界面全反射的影响相对变小；材料尺寸在0．1～1．0cm时，由于荧光再吸收作用导致的荧光平均波长红移量在2．6～5．0nm范围内。随激发光波长的变化绝对制冷效率和单位长度的制冷功率均存在极大值，荧光平均波长红移使制冷效率明显下降，通过减小材料尺寸、改变材料形状等措施可减小荧光再吸收作用对激光冷却固体的不利的影响。

旋转相位屏的动态大气湍流数值模拟和验证方法

利用功率谱反演加次谐波的方法模拟产生了符合Kolmogorov统计规律的大气湍流畸变波前相位屏,重点分析了所生成的相位屏在旋转使用情形下的统计特性,为后续的相位屏旋转应用实验奠定了理论基础。通过子相位屏组相位结构函数及大气相干长度数值模拟结果与理论值的对比,对子相位屏组的统计特性进行了验证,并对模拟结果与理论值存在的差异进行了分析。结果表明,用功率谱反演加次谐波方法得到的随机相位屏是正确的,在旋转使用情形下,子相位屏组的相位结构函数与理论结果整体符合,但低频成分仍存在较大的偏差,其大气相干长度模拟计算结果较设计值偏大。

窗口效应对高能激光光束质量影响的实验研究

选用氟化钙为窗口材料,通过实验验证了高温和应力作用下的窗口对光束质量的影响。选取一种高能激光光束质量的评价方法,对窗口效应引起的光束质量退化在实验中得到了验证。通过处理光束在远场的光斑半径,得出由于窗口的影响,光斑半径变大且增长速率较快的结论,从而证实窗口热效应对光束质量有较大影响。