锯齿调频连续波建模与数值仿真

锯齿调频连续波由于测距精度高,在测距系统中有着广泛的应用。为了描述锯齿调频连续波多个调频周期中的频率和相位变化及跨越调频周期时的不连续性,结合具有一定周期性和不连续性的模数函数,推导了锯齿调频连续波的频率和相位的数学表达式,并进行建模及仿真。通过对频率与相位的微积分关系的推导解析地验证了数学表达式的正确性。数值仿真结果也表明:频率和相位的数学表达式满足微积分的关系,是频率与相位的正确的表达式,能够描述锯齿波调频在跨越调频周期时的不连续性。提出的锯齿调频连续波的多调频周期频率与相位表达式可为进一步研究锯齿调频连续波测距过程提供基础。

不同角度下散射太阳光对光电探测器的干扰

对于光电探测器,太阳光是一种比较常见的环境干扰,但经地面散射的太阳光对光电探测器造成的干扰的影响文献报道的并不多。所以建立了理想光电探测器的探测模型和面元散射模型,推导了太阳光直接照射在光电探测器上引起干扰的等效光强的数学表达式,在探测模型和面元散射模型的基础上,采用面元积分法从理论上研究了经地面散射的太阳光对光电探测器的干扰。角度在不同范围内时,干扰的等效光强具有不同的变化规律:当光电探测器引出的视线全都与地面相交时,干扰等效光强的大小与光电探测器正对着地面时相同;当光电探测器引出的视线中有一部分与地面相交时,干扰随光电探测器轴线与地面法线间的夹角的增大而减小;当光电探测器引出的视线都不与地面相交时,光电探测器不受地面散射的太阳光干扰。

二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦性能数值仿真

利用二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦分布的对称性,通过泵浦分布中的特殊点对泵浦均匀性进行定量描述的方法,提出了由泵浦均匀性和吸收效率共同表征的泵浦性能指标,并使用该指标对一定范围内的阵列距离、圆薄片晶体尺寸和吸收系数的泵浦性能进行了对比。在一定取值范围内,当圆薄片晶体半径为13 mm、阵列与晶体中心间距为37 mm、吸收系数为0.10 mm-1时,泵浦性能指标达到最小值0.111 0。采用接近最优泵浦性能指标值的泵浦参数进行实验,初步测量了热效应造成的薄片相位畸变,根据泵浦分布计算出的相位畸变分布与实验结果基本相符。文中提出的泵浦性能指标和相应计算结果为薄片激光器的优化设计提供了理论参考。

二极管激光阵列在Talbot外腔中同相模的选择

从理论和实验上对二极管激光阵列在Talbot外腔中的锁相进行了研究。在同相模和异相模近场分布的基础上,利用1维情况下的菲涅耳衍射公式计算了其远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性,采用1/2 Talbot腔并将外腔镜倾斜一个角度α的方法既能选择同相模,又能使模式的功率损耗最小。二极管激光阵列芯片采用CD金刚石材料,“三明治”结构对其进行封装,明显地减小了阵列的“smile”效应。在实验中实现了二极管激光阵列同相模的锁相输出,远场单瓣模的半高全宽为0.11 mm。

基于不同作用体制下的非扫描激光成像雷达探测技术

激光成像雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物,在军事上有着广泛的应用前景。非扫描激光成像雷达是近年来出现的新型雷达,因没有机械扫描装置,具有高帧频率、宽视场、高可靠性的特点。本文对基于相位法的非扫描激光成像雷达、基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像雷达、基于阵列的非扫描激光成像雷达的原理、特点进行了分析,指出了每种体制的局限性,为应用具体背景下的非扫描激光成像雷达体制的选择提供了一定的参考价值。

Talbot外腔锁相相位补偿元件的理论计算

在菲涅耳衍射公式和模耦合理论的基础上,对有相位补偿的Talbot外腔锁相在腔内场的分布进行了数值计算。计算结果表明:理想的相位补偿元件模式选择镜能够消除由于边缘效应引起的近场幅度不均匀,而且同相模的衍射损耗非常小,能有效地起到选择同相模的作用。实用的相位补偿元件相位型光栅对近场的幅度没有影响,也能够明显地减小同相模的衍射损耗,起到选择同相模的作用。

激光引信发射光束空间分布研究

激光引信大多采用激光二极管作为光源,光强分布较为复杂,文中针对某型号激光二极管,在两个方向上分别采用基模高斯分布函数和多模高阶厄米-高斯分布函数混合叠加建立光强分布的数学模型并进行仿真计算,与实际测得的远场光强分布基本吻合。该数学模型为激光引信光学系统的设计及典型目标光学反射特性模型的建立提供一定的理论指导。

二极管激光阵列在Talbot外腔锁相中的超模分析

采用数值计算的方法,对二极管激光阵列在Talbot腔、1/2Talbot腔和1/4Talbot腔中锁相时,同相模和异相模的分布进行了计算。结果表明:同相模在Talbot腔中成像位置没改变,在1/2Talbot腔中成像的位置有d/2的偏移,成像均没有产生相移;在1/4Talbot腔中同相模的分布是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置没有改变,产生-π/4的相移,另一组成像位置有d/2的偏移,产生π/4的相移。异相模在Talbot腔和1/2Talbot腔中成像位置均没有改变,在Talbot腔中异相模产生-π/2的相移,而在1/2Talbot腔中产生-π/4的相移;在1/4Talbot腔中异相模也是两组Talbot像的相干叠加,一组成像位置向左偏移d/4 ,一组向右偏移d/4 ,均产生-π/8的相移。所得结果给出了二级管激光阵列在Talbot外腔中同相模和异相模的分布规律。

二极管侧面泵浦薄片激光器热效应模拟分析

以在大尺寸复合薄片上获得较好的泵浦均匀性和较高的吸收效率为目的,对泵浦分布进行了理论分析。计算表明,阵列距离27mm、晶体半径11mm和吸收系数0.13mm可获得较好的泵浦均匀性和较高的吸收效率。计算了由温度分布和应变分布造成的相位畸变,总泵浦功率为700W时的相位畸变为0.523μm,总泵浦功率为3024W时的相位畸变为2.258μm。明显小于其它文献中理论计算和实验测量的相位畸变。在较小泵浦功率下对相位畸变进行了初步的实验测量,实验测量结果与理论计算基本一致。该技术可向更大功率扩展。

基于光参数积的单管半导体激光器光束质量描述与评价

根据单管半导体激光器出射光束特点,分别采用1/e2、环围能量以及二阶矩定义描述光束束宽,在高斯光束近似下采用双曲线拟合法测算得到不同方法定义束宽时的光参数积(BPP),并与芯径为105μm、数值孔径为0.2的光纤所能接受的最大BPP进行比较。对该单管半导体激光器进行光纤耦合,实验中单管半导体激光边模数量随注入电流的增大逐渐增多,光束质量的恶化导致其光纤耦合效率逐渐降低,当注入电流由1 A增大到13 A时,光纤耦合效率由96.5%降为88.8%。研究表明以二阶矩定义束宽半径测算光参数积BPP去描述与评价单管半导体激光器光束质量特征是最为准确合理的。

基于半主动激光末制导的迫击炮弹

半主动激光制导技术在军事上有着广泛的应用。在分析半主动激光工作原理的基础上,着重对国外半主动激光末制导迫击炮弹进行了深入的分析,指出了研究的现状及存在的不足,对迫击炮弹的研究具有一定的指导意义。

提高脉冲激光引信定距精度的仿真研究

激光引信是随着激光技术的发展而出现的一种近炸引信,其定距精度的高低,直接影响系统的最终性能。提出了采用Xilinx公司的SpartanⅢ系列FPGA芯片,通过对基准时钟的相移,利用4个相位相差90°的倍频时钟的方法进行脉冲测距,从而大幅度地提高脉冲激光引信的定距精度,理论上定距误差为0.1875m,并通过Modelsim进行仿真验证。

大尺寸Nd:YAG侧面泵浦薄片激光器热效应实验研究

对二极管侧面泵浦的薄片激光器进行了热效应理论模拟和实验研究。针对大尺寸的复合薄片增益介质的热负荷与表面形变进行了有限元理论分析和数值模拟以及实验研究。在不同的泵浦条件下分别进行了波前相位测量,分析了高功率泵浦情况下,大尺寸薄片状激光晶体的形变状况。实验测量结果表明,大尺寸薄片晶体的表面热形变较小,热耗散功率密度降低,与有限元理论模拟分析的结果基本一致,增大激光增益介质的表面尺寸有利于减小热效应。

二极管激光阵列Talbot外腔锁相机理的实验研究

研究了二极管激光器阵列(DLA)独立单元的Talbot外腔锁相和多个单元的Talbot外腔锁相,验证了在大电流情况下单元内部可以实现Talbot外腔锁相,远场图样显示为高阶横模的锁定。多个单元的Talbot外腔锁相实验表明,随着发光单元个数的增加,DLA趋向于局部锁相。

法拉第旋转器均匀激光晶体径向、切向热焦距改善打孔质量

针对高功率灯泵浦棒状Nd:YAG激光器用于百微米激光打孔过程中出现的孔周围大面积光晕的现象,从理论上分析了加入45°法拉第旋转器可以均匀激光器中激光晶体径向、切向热焦距,减小这两个方向的热焦距差。在实验上获得了更大功率的激光输出,并且通过打孔实验,与未加法拉第旋转器激光打孔孔貌相比较,打孔质量得到改善。

三角调频连续波建模与数值仿真

三角调频连续波由于测距精度高,所以在测距系统中有着广泛的应用。结合模数函数、绝对值函数和符号函数,推导了三角调频连续波的频率和相位的数学表达式,并进行了建模及仿真。仿真结果表明,频率和相位的数学表达式满足微积分的关系,能够描述三角波调频在跨越调频周期时的不连续性。

大能量窄脉宽激光脉冲受激布里渊散射输出波形分析

针对激光冲击强化系统多通放大中波前畸变,利用受激布里渊散射(SBS)相位共轭镜进行补偿,对大能量、窄脉宽激光脉冲条件下的SBS过程进行了一维瞬态模型数值模拟,比较了不同能量配比、注入强度和放大池长的情况下,双池SBS相位共轭镜中放大池的输出特性。结果表明,增加放大池长可以提高能量的抽取效率,也使脉冲前沿变陡及波形保真度降低。在注入单脉冲能量2.5J,脉宽15ns,横截面积约1cm^2的高斯脉冲时,选择33cm左右的放大池长和毫焦量级的Stokes种子光可以实现高的能量反射率和较好的输出波形。为应用于激光冲击强化系统中的双池SBS相位共轭镜结构、参数设计和实验分析提供理论参考。

大尺寸大宽厚比钕玻璃板条激光介质热效应分析

利用有限元方法,考虑高脉冲能量高峰值功率激光系统对工作介质的要求,分析了一种大尺寸大宽厚比钕玻璃板条激光介质的热效应,给出了不同尺寸板条介质的温度、应力及形变分布。结果表明,采用大尺寸大宽厚比板条结构可以有效减小系统激光介质的热效应,并可通过牺牲少量通光口径来处理板条侧边效应问题,从而得到大的通光口径。根据数值模拟结果及系统对热效应和通光孔径的要求,给出了实际应用板条的参考尺寸。

In-phase output beam from broad-area diode array using Talbot cavity

The robust phase locking of a linear diode array consisting of 49 broad-area emitters was demonstrated. The single lobe in the far field with output power of 0.83 W was observed. The far-field divergence was reduced to 2.0 mrad. The spectral bandwidth was reduced from 1.7 to 0.13 nm.