多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术的实现与仿真

考虑到单纵模激光器作为多普勒测风激光雷达的激励光源需要复杂的种子注入技术和高精度的稳频锁频技术,本文提出了以自由运转的多纵模激光器作为激励光源的直接多普勒测风激光雷达,以降低激励光源的实现难度和复杂性.针对典型Nd:YAG脉冲激光器,研究了不同激光辐射线宽、光学谐振腔长和中心波长条件下多纵模激光激励的大气弹性散射回波光谱的分布模式.为了综合利用大气风场导致的多纵模激光中每个纵模所激励大气弹性散射回波光谱的多普勒频移,利用具有周期性透过率曲线且四个输出通道相位各相差π/2的可调谐四通道马赫-曾德尔干涉仪,实现对多纵模大气弹性散射回波光谱多普勒频移的高精度鉴别.在此基础上,构建了多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术大气风场反演的数学模型.仿真结果表明,所提出的多纵模直接多普勒测风激光雷达能够实现对大气风场信息的高精度测量,并且激光中心波长越大,激光光学谐振腔长越短,系统测风范围越大,测风误差越小.

基于飞秒激光刻写的微腔型波导马赫-曾德干涉器及其折射率传感性能研究

平面光波导传感器相较于传统的光纤传感器结构,具有更好的机械性能,并且对于振动等因素具有更低的交叉响应,因此在光传感领域具有独特优势。在本研究中,我们利用飞秒激光刻写及激光辅助化学刻蚀技术,在石英玻璃中制备了微腔型波导传感器结构,该结构由对称的分支型波导马赫-曾德干涉器及在其中一路上所制备的光学微腔构成。当待测液体浸入微腔时,传感器呈现明显的干涉峰漂移,其折射率灵敏度在1.35折射率附近达到了约16311.8 nm/RIU,因此在高灵敏度的波导液体传感及生化传感领域展现出了显著的应用潜力。

基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正弦函数,并利用有限元仿真对位移测量原理进行验证。设计搭建了基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统。实验结果表明:该系统在1 min内静态噪声电压标准差为23.3 mV;在1 mm位移范围内,该系统与XL-80激光干涉仪的测量结果呈现高度线性关系,线性相关系数R 2为1,且该系统位移测量重复性优于XL-80激光干涉仪。

基于FP-LD强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪传感系统

针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题,提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里-珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源,由直流电源直接驱动,经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈;利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调,将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明:当臂长差分别为0.45、0.40 m时,灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。

空间激光干涉引力波探测

为印证广义相对论和开拓引力波天文学窗口,引力波探测是当前国际研究热点.本文围绕空间激光干涉引力波探测,对其科学意义、发展状况、关键技术等进行了回顾.与地面激光干涉引力波探测相比,空间探测的工作频段更低,从104～10Hz,在工作距离为百万公里量级上,预计能探测到双致密星系统、超大质量比双黑洞绕转系统、中等质量比双黑洞绕转系统,以及星系合并引起的超大质量黑洞并合等波源.为此,测距精度须达到皮米的量级,并且保证测距技术有效工作的无拖曳航天技术亦有很高的要求.本文以欧洲的空间激光引力波探测计划为例,主要对上述两项技术进行分析和阐述,并展望了空间引力波探测在我国的发展趋势和前景.

KDP晶体台阶生长动力学的激光干涉实验研究

采用迈克尔逊干涉技术 ,通过测量KDP晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性 .实验表明 ,KDP中不同活性位错的台阶动力学系数差异较大 ,例如高活性和低活性台阶动力学系数分别为 10 .3× 10 -2 和 5 .2 1× 10 -2 cm/s,位错源在晶体表面的形状、面积的变化 。

光纤传输速度干涉仪

介绍一种用多模光纤传输入射和反射激光的速度干涉仪，阐述了这种干涉仪的原理和结构，并将其与传统的速度干涉仪进行比较。给出了用这种干涉仪测量电爆管的弹丸速度和钨样品在铁飞片冲击压缩下的自由面速度的实验装置和结果。文中最后总结了这种干涉仪的性能及特点。

基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析

基于Hopkinson杆激光干涉冲击试验台,分析了高g值加速度传感器的动态特性,主要分析了实现高g值加速度传感器的幅频特性的原理及可行性。该方法采用Hopkinson杆作为高g值加速度信号发生器,并应用激光光栅干涉仪可以精确地获得高g值加速度脉冲的激励波形,再与加速度计的输出联合处理得出传感器的动态校准结果。并用988压电传感器的动态校准结果加以说明。

用于冷原子干涉仪的拉曼激光的注入锁定

原子干涉仪通常采取拉曼脉冲序列对原子波包进行相干操作,高功率的拉曼光可让更多的原子参与速度敏感型受激拉曼跃迁,有利于实现信噪比高的原子干涉仪条纹。研制高功率的拉曼激光器对冷原子干涉仪的实验研究具有重要意义,报道了基于注入锁定技术实现的高功率拉曼激光器的实验结果。主激光器经过1.5GHz声光调制器产生±1级衍射光作为拉曼光的种子光,注入到两个从激光器后锁定,并实现功率放大。两个拉曼光的频率相差3.0 GHz,频率调谐范围为200 MHz。

双纵模双频激光干涉仪的非线性对测量精度的影响

对具有特殊后续电信号处理系统的双纵模双频激光干涉仪的非线性误差进行了研究。根据理论分析推导出了存在非线性时输出信号的表达式,并据此给出了非线性误差的表现形式是使混频输出信号产生漂移起伏,主要影响因素是偏振分光镜分光偏振度及光路调整理想程度。根据分光偏振度可计算信号最大漂移幅度及其带来的测量误差,计算出的漂移幅度值与实际观测值相近,该值可作为判断光路调整精度的一个标准,也是确定后续信号处理环节(细分辨向计数)中最大细分数的依据。

基于双弹头Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态线性分析

分析了高g值加速度传感器动态线性的测试原理并对双弹头Hopkinson杆的可靠性进行了验证;同时利用双弹头Hopkinson杆激光干涉冲击试验装置测量了高g值加速度传感器的动态线性。该方法是将双弹头Hopkinson杆作为冲击加速度发生器,用双膛冲击发生器发射两个子弹(分别为内、外弹),当两子弹分别单独与双弹头Hopkinson杆相撞时,通过控制冲击加速度发生器,使产生的加速度脉冲频率相同且峰值分别为a外、a内,测得加速度传感器对应输出加速度峰值分别记为A外、A内;保持相同的发射条件,当内外弹同时与Hopkinson杆相撞时,使两子弹作用于细杆上的冲击加速度脉冲的频率相同且峰值仍分别为a外、a内;根据应力波叠加原理,则叠加后产生的加速度峰值为a总=a外+a内,测得加速度传感器对应输出的加速度峰值记为A总;从而可以求出ΔY=(A外+A内)-A总,通过分析ΔY是否在所要求的范围内来说明被测加速度计的动态线性。

飞秒激光制作微型光纤干涉传感器的研究进展

飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高,已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性,归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展,包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器,重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。

基于Hopkinson杆的窄脉冲校准系统

针对目前动态校准装置难以安全产生窄脉冲激励信号的问题,基于Hopkinson压杆技术,以压缩空气作为激励源,采用子弹撞击杆的方式,提出了一种可以产生6~10μs窄脉冲校准系统。该系统选用600 mm×10 mm的钛合金Hopkinson杆,使用应变片和轴向激光干涉仪同时测量获取窄脉冲信号。利用该系统进行了动态校准实验,实验结果表明,该系统产生的窄脉冲可充分激励起8309的谐振频率,通过幅频特性曲线得其工作频带。

纳米测量方法及其研究进展综述

综述了纳米测量方法,主要可归纳为光学和非光学两大类测量技术。通过对各种方法的测量原理、测量装置、测量准确度及其亟待解决问题的分析,阐明了纳米测量技术的发展现状、发展趋势,对纳米测量技术的发展具有一定的推动和指导作用。

基于激光技术的无线传感系统容错目标定位设计

传统定位方法在定位精度上已难以满足人们的需求,设计了基于激光技术的无线传感系统容错目标定位方法。首先利用激光技术(激光干涉仪)对无线传感器进行定位误差标定,然后利用经过校正的传感器进行数据的采集与处理,最后根据信号强度计算发射点到接收点之间的距离,并利用三边法实现容错目标定位。实验结果表明:与激光雷达、红外线以及微传感器定位方法相比,利用基于激光技术的无线传感系统进行容错目标定位的定位精度较高,能够先实现对容错目标的精准定位,为目标监测奠定了数据基础。

基于锁相环路的拉曼激光制备及其相位噪声研究

原子干涉仪在精密测量和惯性导航领域都有着重要前景,而高精度的原子干涉仪对低相位噪声、高输出功率的拉曼激光有迫切需求.设计了基于光学锁相环路的双波长激光同步注入放大拉曼激光制备方案,实现了大功率拉曼激光的制备,拉曼光注入放大前后的相位噪声均低于-80 dBc@0.01～1 MHz,输出总功率达到了400 mW,可满足原子干涉精密测量的需求.

偏振光在精密测量中的应用

激光具有优良的方向性、相干性和高亮度等特点,广泛应用于各个领域。本文详细阐述了利用商用He-Ne激光器热稳频技术的单、双频激光干涉仪中偏振光的运行机理。

星间激光干涉仪测距技术发展现状与趋势

针对航天领域精密测量的应用需求,结合星间激光干涉仪测距技术逐渐成为航天领域高精度测距手段的研究现状,文章对国内外星间激光干涉仪测距技术及应用领域的发展现状进行了论述,分析了星间激光干涉仪测距技术发展的特点。研究表明,高精度、高动态测量是星间激光干涉仪测距技术的主要发展方向。这些技术的发展将使星间激光干涉仪测距技术在我国航天领域得到更广泛的应用。

面向空间引力波探测的激光干涉技术研究进展及展望

随着地面引力波的成功探测,面向更低频段、更广目标波源、反映更多天体物理现象的空间引力波探测越来越受到各国研究团队的共同关注.为了明确探测计划现阶段的发展水平以及限制因素,为下一步干涉仪测量水平的提高做准备,本文围绕激光干涉测量技术,一方面对空间引力波探测的原理、国内外典型探测项目的在轨探测结果进行了回顾;另一方面展示了干涉测量系统的整体布局,介绍了主要噪声源的影响机制和抑制方法.

双折射双频激光器及干涉仪的关键和全链条技术

双频激光干涉仪功能强大,50年来保持良好的发展势头,应用面(特别是在先进制造业)越来越宽广。本文以解决关键技术为线,概述笔者及合作者经40年坚韧研究完成的“可伐-玻璃组装式单频He-Ne激光器→双折射双频激光器→双频激光干涉仪”的全链条技术。技术亮点有:开国内可伐-玻璃组装式He-Ne激光器之先,吹制工艺或成历史;开国内外内雕应力双频激光器之先,解大频差和高功率不可得兼之难,保持1 mW功率运转而频差可以在1~40 MHZ范围选择,还在源头上消除了干涉仪一直存在的测量非线性误差。目前,双折射双频激光器和干涉仪已在北京镭测科技有限公司批量生产。中国计量科学院测试结果表明,此双频激光干涉仪非线性误差小于1 nm,测量70 m长度时误差小于5μm。