半导体激光夜视图像处理技术研究

半导体激光夜视系统采用激光器作为照明源,可在全黑的夜间条件下获得景物图像。但在公安和交通领域应用中,由于激光能量较集中,对车船类型及号牌信息的提取造成了困难。为此,对夜视图像的成像过程中导致图像变坏的原因进行了分析,并利用图像灰度变换、边缘检测、特征量选择及模板匹配、图像帧积累等图像处理技术改善了夜视图像的质量。实现了车船的类型及号牌的识别。该项技术也可用于军事及其他民用领域。

基于位置敏感探测器和激光技术对大型轴系中心线检测方法的研究

提出了一种采用位置敏感探测器(PSD)技术与激光技术相结合实现大型轴系对中检测的新方法。该方法以准直半导体激光光束为基准线,采用PSD光靶获取轴瓦位置二维位置信息,再由优化算法实现轴系的对中计算。仿真实验证明,该检测原理正确,检测方法快速简便,减少了轴面型精度的损伤,为轴系标定、校准开辟了新思路。

976 nm类噪声锁模光纤激光器

输出波长为976 nm的脉冲激光器在科研及工业领域具有重要应用.利用非线性光纤环镜(nonlinear optical loop mirror, NOLM)搭建了“9”字型谐振腔,通过在环镜中加入长度为30 m的无源光纤,实现了类噪声脉冲(noise-like pulse, NLP)输出,丰富了976 nm波段的脉冲类型.脉冲的重复频率为4.79MHz,最大输出功率为13.35 mW,最大脉冲能量为2.79 nJ.进一步研究该NLP在不同泵浦功率的脉冲特性变化,结果表明,脉冲能量以及脉冲宽度均随着泵浦功率的增大而增大,但是其自相关曲线中的相干尖峰宽度随泵浦功率的增大而减小.该研究为976 nm类噪声脉冲的产生提供一种简单经济的方案,在超连续谱产生以及类噪声脉冲动力学研究方面具有潜在应用价值.

激光助视/微光夜视仪光谱匹配技术研究

根据夜间景物的反射特性以及激光辐射光谱特性,求出了在激光助视下,夜间暗绿色涂层、粗糙混凝土和绿色草木的反射光谱,计算了所研制的头盔式激光助视/微光夜视仪光电阴极光谱响应与景物反射光谱之间的匹配系数,分析了其对照度、对比度等参数的影响,对野外条件下的夜视仪的视距估算和性能仿真可起到指导作用。

与硅基激光器单片集成的多层氮化硅端面耦合器的设计方法

针对边发射Ⅲ-Ⅴ族激光器与硅波导之间光耦合存在的问题,提出了一种可以在多层硅上氮化硅(SiN-on-Si)波导平台制备的双层五尖端端面耦合器。该耦合器用于1550 nm激光器和SiN单模波导之间的单片集成。仿真得到结构的总耦合效率为74%,1 dB效率恶化对应的垂直对准容差高达0.41μm,1 dB光学工作带宽>800 nm,器件耦合长度为26μm。设计了一个宽带宽SiN-Si层间绝热耦合器以连接到端面耦合器,激光功率耦合到单模Si波导中的总耦合效率达70.7%。此方法为单片集成激光器在硅基光子学平台上的应用提供了可能性。

18.4W皮秒光纤激光器及其全光纤化超连续谱源

采用光纤非线性环形腔被动锁模方案,研制毫瓦级掺镒皮秒光纤激光器,对其进行3级主振荡功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA),得到功率18.4 W,重复频率85 MHz,线宽5.7 nm的高质量皮秒激光输出.利用自主研发的模场适配器,实现了此高功率皮秒激光器对长度为50 m高非线性光子晶体光纤的高效全光纤化泵浦,研制了输出功率为3.6 W的全光纤化宽带超连续谱光源,其在1 700nm(500～2 200 nm)的带宽范围内具有10 dB的光谱平坦度.

主动调Q掺铥双包层光纤激光器

利用790 nm半导体激光器作为泵浦源、声光调制器作为Q开关,将4 m长掺铥双包层D型光纤作为增益光纤,在入纤功率9.17 W、调制频率50 kHz时,获得激光器最大输出功率为1.26 W.调制频率为30 kHz时,获得单脉冲能量40μJ的脉冲激光.激光器在30～50 kHz工作时可以获得稳定的脉冲输出.讨论了在阈值入纤功率附近形成1/2、1/3调制频率脉冲及在较大泵浦功率时形成多脉冲的原因.

激光冲击LY2铝合金的薄膜性能

脉冲激光冲击LY2铝合金,在试样表面形成约1.7mm的薄膜,研究了薄膜与基体接合处横截面的微观形貌以及激光冲击搭接率和激光冲击次数对薄膜层残余应力的影响。研究结果表明:激光冲击的光斑搭接率对试样横截面的残余应力影响显著;在薄膜层最大残余应力存在于试样的表层或者近表层,深度方向的残余应力值和残余压应力值变化率均与表层深度成反比;多次冲击能够获得较大的残余应力值,但对于激光冲击LY2铝合金薄膜深度影响较小。

百瓦级全光纤化掺铥光纤激光器

基于线型腔结构实现中心波长约1 945 nm、功率150 m W的连续激光输出,采用3级主振荡功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA)结构,实现123 W的掺铥激光输出,斜率效率为59.1%.搭建基于调制半导体激光器,输出波长为1 550 nm的铒镱共掺光纤放大器,实现平均功率1.2 W、脉宽50 ns、重复频率200 k Hz的脉冲激光输出.将该铒镱共掺光纤放大器作为泵浦源,采用线型腔结构抽运掺铥光纤,实现中心波长约为1 945 nm的增益调制脉冲激光输出,重复频率为100 k Hz,脉宽约为800ns.采用3级MOPA结构对此增益调制掺铥脉冲光纤激光器进行功率放大,实现平均功率115 W、单脉冲能量1.15 m J的激光输出,且放大过程中无非线性效应产生.

高功率掺铥固体激光器的研究

报道一种室温下连续运转、结构紧凑、高效率、高功率L型折叠腔掺铥固体激光器.采用793 nm波长半导体二极管激光器对掺杂摩尔分数3%的Tm∶YAP晶体进行双端泵浦,当泵浦功率120 W时,获得42 W中心波长1 988 nm的连续输出激光.声光调Q运转时,在重复频率10 k Hz,泵浦功率120W时,平均输出功率达到39.4 W,脉宽247.5 ns,单脉冲能量3.94 m J,峰值功率16 k W,斜率效率为35%.

大功率直流电源SM35-45用于激光器列阵的驱动

介绍了Visual C++.NET环境下用SCPI语言实现对大功率直流电源SM35-45的控制。通过获取列阵器件的V-II、dV/dI-I、P-I、dP/dI-I特性曲线,对其质量和可靠性进行了测试。测试结果表明:该电源的纹波系数、稳定度等参数能满足激光器列阵的驱动要求,所获取的评价激光器可靠性的结特征参量m、反映结的完整性及载流子泄漏的参量b等参数准确可靠,而且该测试系统有较好的稳定性。

全固光子带隙光纤滤波1126nm掺镱光纤激光器

利用全固光子带隙光纤(all-solid photonic bandgap fiber,AS-PBGF),以及光纤光栅对组成谐振腔强制选频,得到输出波长为1 126 nm、输出功率为1.81 mW的全光纤化掺镱光纤移频激光器.AS-PB-GF的禁带介于1 030～1 124 nm,恰好可压制掺镱光纤的常规强增益波段.介于禁带范围的放大自发辐射得到很好压制,输出激光高于残余辐射近50 dB.

连续泵浦掺铥双包层光纤激光器的自脉冲现象

在2μm波段运转的掺铥双包层光纤激光器中观察到了自脉冲(类锁模)现象.对单端和双端泵浦方式以及不同腔长度下的输出进行比较研究,认为这种现象的主要产生机制可能为掺铥光纤中的自相位调制和离子簇导致的可饱和吸收效应.

基于光子晶体光纤的多波长环形激光器

研制一种稳定多波长输出的光子晶体光纤环形激光器.以高性能掺铒光子晶体光纤作为增益介质,通过高非线性光子晶体光纤的四波混频效应以及精确控制偏振控制器,有效抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤的模式竞争,在室温下实现稳定的多波长激光输出.双波长激光输出峰分别位于1 554.49和1 559.48 nm,其功率波动最大值小于1.1 dB.三波长激光输出峰分别位于1 555.04、1 557.32和1 559.59nm,其功率波动最大值小于1.6 dB,且波长间隔等间距,均为2.26 nm.

百千瓦级高峰值功率Tm∶YLF激光器

为研制一款具有高峰值功率与高光束质量的2μm波段固体激光器,搭建二极管激光器(laser diode,LD)单端抽运声光调Q Tm∶YLF激光器.激光器的输出中心波长为1879 nm,采用声光调Q技术,得到重复频率为2 kHz的脉冲激光输出,峰值功率达到100.2 kW,最大单脉冲能量为5.25 mJ,最短脉冲宽度为52.2 ns,光-光转换率为30%,斜率效率为33%.光束M^2因子分别为x方向1.51和y方向1.71,光束质量良好.该激光器同时具有高峰值功率与优良光束质量的特点,可广泛用于透明塑料的精细加工、激光医疗以及工业打标等领域.

高精度纳秒级红外量子级联激光器驱动电源

采用DSP和模拟PI控制技术,设计并研制了一种高精度纳秒级驱动电源。其硬件主要包括纳秒脉冲产生电路、恒流控制电路、慢启动电路、静电保护电路、过流保护电路等。控制方案上主要使用模拟PI算法,通过反馈控制,稳定输出电流。所研制的驱动电源脉冲宽度为15ns,峰值驱动电流为20A,脉冲上升/下降时间小于5ns。利用该驱动电源对中国科学院半导体所研制的中心波长为7.71μm的量子级联激光器进行驱动测试。结果表明,在长时间(>100h)运行中,激光器工作状态稳定,中心波长未出现漂移,驱动电流无毛刺出现,为激光器在红外气体检测中的应用提供了性能保障。

高稳定、强鲁棒性DFB激光器温度控制系统

为减少分布式反馈(DFB)激光器输出波长和光功率受其工作温度波动的影响,采用Ziegler-Nichols比例-积分-微分(PID)控制算法,设计并研制了一种具有强鲁棒性的DFB激光器温度控制系统。利用该温度控制系统,对中国科学院半导体研究所研制的中心波长为1.742μm的DFB激光器进行了温度控制测试。实验证明,该系统的控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5～60℃,并在长时间(220min)运行中,DFB激光器工作状态稳定,中心波长未出现漂移,为DFB激光器在红外气体检测领域的实用化提供了性能保障。

激光复合处理K24超合金表面残余应力

利用激光冲击技术对经激光淬火形成的K24超合金先进行了复合处理,用X-350A型X射线应力仪测定了激光复合处理区的残余应力,同时分析了复合处理区在500℃回火处理工艺后的残余应力变化规律,并对K24超合金复合处理区疲劳寿命的影响进行了研究。结果表明,激光冲击处理K24超合金淬火区后的残余压应力为600 MPa以上,经500℃回火处理81、6 h后残余应力仍然大于基体的残余压应力,其回火稳定性较好,有利于提高K24超合金的疲劳寿命。

基于光斑图像的激光束散角测量方法研究

利用光斑图像测量激光束散角,易受相机动态范围的限制,加衰减片又会影响光斑分布特性,从而影响测量精度。利用相机线性响应动态范围特性,提出了可行的测量图像方法,对得到的临界饱和光斑图像使用均值滤波后进行束散角测量,测量不确定度为0.02 mrad;同时提出利用图像融合的方法,通过对曝光不足和曝光过量的光斑图像融合,扩大了相机的动态范围,获得了激光光斑整体分布特性,并进行束散角测量,实验结果也验证了束散角测量的准确性。

高性能980nm单模半导体激光器

采用经过优化的新型大光腔结构,设计出低发散角的980nm半导体激光器,利用分子束外延系统生长出应变InGaAs量子阱半导体激光器材料,并制作出980nm单模半导体激光器。器件在3μm条宽,750μm腔长时,100mA电流下室温连续输出功率达到70mW以上。激光器的最大斜率效率为0.89W/A.垂直方向远场发散角为28°.器件在250mA工作电流下输出功率达到190mW.器件在70℃温度下仍可以正常工作。