基于啁啾极化晶体的中红外上转换成像研究

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下,将中红外波段的光场信息高效、高保真地迁移到可见光域进行探测。通过建立简单的物理模型,理论上讨论了啁啾极化晶体参数对上转换成像性能的影响,并进行了数值仿真;通过实验进一步研究了啁啾晶体上转换方法在转换带宽、成像视场等成像关键参数上的优势,实验结果与理论计算值吻合较好。通过上转换方法,演示了相干光与非相干光照明条件下目标探测,实现了相干光照明下的光学边缘增强成像和非相干照明下的热辐射目标识别。这一工作对基于啁啾晶体的上转换成像系统的理解、设计和实际应用具有重要参考价值。

激光脉冲啁啾影响双色激光场诱导气体产生太赫兹辐射特性的理论研究

随着太赫兹波研究的深入,研究者们对可调控太赫兹源的需求不断增加.如何获取可调控的太赫兹波一直是太赫兹科学领域的研究热点和关键问题之一.本文通过建立双色激光诱导气体电离光丝产生太赫兹波及其后续传播过程的三维理论模型,详细研究了双色泵浦激光的啁啾参数对飞秒激光场辐射产生太赫兹波的影响.研究结果表明,在激光脉宽为飞秒量级时,以40 fs的情况为例,当啁啾参数在与激光脉宽处于相同的飞秒量级尺度上时,其对太赫兹波的振幅与频谱都产生显著影响.在双色飞秒激光场中,基频波和倍频波的啁啾各自起到不同的作用:基频波的啁啾主要影响太赫兹波的时域波形,而倍频波的啁啾则决定了太赫兹辐射的振幅大小、中心频率与频谱宽度.研究表明,激光啁啾作为一种可控的参数,对所辐射的太赫兹波属性具有多重调制效果,且相关啁啾的作用规律随双色激光的初始相位也呈现规律性变化.这些结果为研究太赫兹辐射的产生与调控提供了新的思路与依据.

利用多周期空间非均匀啁啾场产生单个短阿秒脉冲

提出了一种直接生成单个短阿秒脉冲的有效方案.采用数值求解一维含时薛定谔方程,理论研究了多周期空间非均匀啁啾场驱动预激发氦离子的高次谐波辐射和阿秒脉冲的产生.结果表明:在空间非均匀啁啾场作用下,谐波截止可扩展至1050阶次,并且高于300阶次以上的谐波是连续的.由于连续谱来自单一量子路径的贡献,滤出连续谱上880-1120阶次的谐波,直接产生了一个脉宽为11.4 as的单个脉冲.通过增加驱动脉冲的持续时间,可获得一个脉宽短至10 as的单个脉冲.

啁啾脉冲堆积及其放大特性

根据啁啾脉冲堆积的原理以及模型介绍了两路脉冲堆积时脉冲的时间与频谱特性,分析了堆积脉冲产生时间与频谱调制,以及交叠区产生非线性频率啁啾的原因。通过非线性薛定谔方程,分析了堆积脉冲的放大特性,介绍了啁啾参量对放大结果的影响以及放大后堆积脉冲的频率啁啾的变化。研究表明,在堆积脉冲的放大过程中自相位调制效应非常明显,严重影响了脉冲的频谱与频率啁啾。

光纤啁啾脉冲时域相干合成技术研究新进展

脉冲时域相干合成技术主要通过对功率放大后的高重频脉冲序列进行时序合成,从而降低激光的重复频率,有效地提升输出脉冲的峰值功率与能量,避免放大过程中高峰值功率引起的非线性效应。该技术与空域相干合成相结合,能够突破单纤激光的性能极限,实现高能量、高平均功率和高峰值功率的超短脉冲激光输出,具有广阔的应用前景。介绍了超短脉冲光纤激光时域相干合成的基本原理和关键技术,综述了时域相干合成系统的发展历程及其关键技术的研究现状,重点介绍了近年来脉冲分割放大与脉冲相干堆积技术的研究进展,并对时域相干合成的不同技术路线进行了分析与比较,最后对其未来的发展方向进行了梳理,为相关领域的研究提供参考。

V型啁啾调频单脉冲激光测速测距方法与实现

为实现雷达远距离动目标实时跟踪探测,单脉冲线性调频脉冲压缩算法和V型啁啾调频脉冲压缩算法为快速获得运动目标的距离速度信息提供算法基础。结合脉冲压缩算法优势以及两种波形脉压算法的弊端,利用V型啁啾调频脉冲发射波形,提出采用三角调频滤波处理方法,以解决目标的距离、径向速度值及速度方向信息同时获取的难题,为单脉冲实现速度矢量信息的隐蔽探测提供解决方案。通过搭建脉冲激光相干测量实验平台,在接收镜头后连接17.618 km延迟光纤以延长目标往返距离,对转速从−3.67~3.67 m/s的转盘进行速度距离测量。在40 MHz调制带宽,4.096μs调制脉宽,2.5 GS/s采样率条件下成功实现单脉冲距离速度多维信息获取,并对测速准确性进行评估,距离测量精度达到0.33 m,速度测量精度为0.061 m/s。

非线性啁啾频率对势阱产生正负电子对的增强

用计算量子场论方法研究了非线性啁啾频率对势阱中正负电子对产生的增强效应。研究了由静态势阱和动态势阱组成的组合势阱中产生的正负电子对的密度、产额和能谱等性质随着啁啾参数的变化,分析了组合势阱的频谱和瞬时束缚态。发现非线性啁啾效应对低频区域比较敏感,与固定频率情况相比可以使粒子数增加2~3倍。与组合势阱相比,非线性啁啾效应对单个振荡势阱更敏感。在低频下单个振荡的势阱中正负电子对产额可提高多个数量级。这是因为在低频下单个振荡的势阱中,主要通过量子隧穿过程产生的正负电子对数目非常低。非线性啁啾效应增加了高频场成分,提高了多光子过程和动力学辅助机制。由于高频抑制作用,所以非线性啁啾效应对高频区域粒子的增量不大,甚至会抑制正负电子对的产生。

基于等效采样的高速啁啾信号恢复

在压缩感知原理的基础上,利用分数阶傅里叶变换和等效时间采样构造观测矩阵,对观测过程进行稀疏表达,建立符合压缩感知原理的高频观测方程,并对其进行求解,最终实现对原始信号的重建。利用比奈奎斯特取样速率更短的特定时间取样,可以实现对线性调频信号的高精度重构;而当取样采用不等间隔取样,在时频范围内,取样的时频范围不再是固定的,但会因原信号中的非零点出现能量泄漏而造成大量无关扰动。等效时间采样使得频谱不再是规律性搬移,而是一小部分胡乱地搬移,频率泄漏均匀地分布在整个频域,因而数值都比较小,使恢复过程误差更小。仿真实验结果表明,所提方法在采样点个数为17时,重构成功率高达99.62%。

啁啾匹配和同步抖动对光参量啁啾脉冲放大的影响

通过研究光参量啁啾脉冲放大过程转换效率随泵浦光啁啾参数的变化,以及信号光和泵浦光波长的对应关系,确立了信号光和泵浦光同步时实现线性啁啾匹配的方法。以磷酸二氢钾作为非线性晶体,研究了信号光和泵浦光之间的线性啁啾匹配和时间同步抖动对光参量啁啾脉冲放大后信号光脉冲波形和转换效率的影响。结果表明:在时间同步的情况下,线性啁啾匹配时的信号光脉冲波形很对称,转换效率也较高;在同步抖动程度一定的情况下,不同泵浦光啁啾参数时,信号光的增益及放大后的脉冲波形差异较大;在线性啁啾匹配程度一定时,信号光和泵浦光时间同步抖动越严重,放大信号光的脉冲波形变化越大,信号光增益越小,且转换效率也越低。

啁啾光纤光栅的光谱特性研究

在啁啾光栅中2个模式之间会发生耦合,要了解啁啾光栅的物理和传感特性,提高反射谱的精度,就必须对啁啾光栅的耦合模理论做深入研究。通过啁啾光栅的耦合方程,并采取合适的坐标变换,利用Matlab进行了数值模拟仿真研究,分别讨论了啁啾光栅耦合模型在不同的折射率调制、不同光栅长度、不同光栅周期和啁啾系数对啁啾光纤光栅反射谱的影响,进一步的研究了啁啾光栅的光谱特性。

啁啾匹配OPCPA方案用于消除超短激光脉冲的预脉冲

采用了一种利用啁啾匹配光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术来消除泵浦脉冲时间窗口内的预脉冲的方法,并对该方法展开了数值模拟研究。分析了泵浦光脉冲形状、预脉冲提前时间等因素对预脉冲消除效果以及信噪比提升情况的影响。通过与传统的非共线OPCPA方案对比,发现啁啾匹配OPCPA方案可以消除掉离主脉冲更近的预脉冲,且它对预脉冲的消除效果受泵浦光脉冲形状的影响较小。

色散线性度可调的大啁啾FBG色散补偿器

针对传统大啁啾FBG色散补偿技术中色散曲线线性度难以控制的问题,分析了相对啁啾系数比值与色散线性度之间的关系,依此提出一种基于大啁啾FBG的中继色散补偿器设计方案。该补偿器通过调节一阶和二阶啁啾系数的比值,实现色散曲线线性度可调的功能,且具有补偿带宽范围大、适合WDM系统远程中继补偿的特点。将该设计作为中继补偿器配置在500 km、8通道WDM系统中进行模拟实验,论证了该补偿器的效果。

线性啁啾相位掩模的设计

啁啾相位掩模法是啁啾光纤光栅的一种非常重要的制作方法。本文研究讨论了用全息干涉方法制作线性啁啾位相掩模的设计方法,提出用两球面波干涉产生条纹密度随空间距离线性变化的干涉条纹记录啁啾位相光栅,按设定光栅端点空频和端点空频差两种优化设计方法设计了长度100mm、啁啾量1nm/mm的线性啁啾光栅,理论和实验结果给出两种设计方案的非线性系数分别为2.5%和1.6%,理论设计和实验结果相符。

基于啁啾光纤光栅的光栅内传感

在以基于光纤布喇格光栅（ Ｆ Ｂ Ｇ） 传感器的基础上，介绍了啁啾光纤光栅（ Ｃ Ｆ Ｇ）

色散缓变光纤中皮秒啁啾脉冲的孤子效应压缩

文章从描述皮秒光脉冲在色散缓变光纤 (FSDD)中所满足的非线性 Schrodinger(NLS)方程出发 ,数值模拟了高阶皮秒光孤子在不同的 FSDD中的孤子效应压缩 ,并讨论了初始啁啾对其的影响 .结果表明 ,利用 FSDD和孤子效应压缩来压缩带有初始啁啾的高阶皮秒光孤子 ,可以得到更高的压缩比和品质因子 ,压缩后的脉冲的峰值功率明显提高 ,而且脉冲被压缩到最窄所需的光纤长度也大大缩短 .最后讨论了初始脉宽的影响 .

啁啾光纤光栅对色散和PMD同时进行补偿的研究

提出了一种基于啁啾光纤光栅的能同时对色散和偏振模色散进行补偿的系统 ,并进行了分析。重点分析了一阶啁啾系统c1 和二阶啁啾系数c2 的取值范围对系统补偿特性的影响 ,并进行了数值仿真。

能量啁啾电子束自由电子激光放大啁啾脉冲

提出采用具有能量啁啾电子束的自由电子激光放大器放大啁啾脉冲,分析说明了它的工作机理和滑移现象对其的影响。采用研制的1维非定态程序GOFEL-P,对能量啁啾自由电子激光放大器放大啁啾脉冲的过程进行了数值模拟和分析,计算了不同啁啾参数的脉冲被放大后的腔外压缩情况。结果表明:与单能电子束时相比,能量啁啾自由电子激光可以放大具有更大啁啾参数的啁啾脉冲,使压缩后的脉冲峰值功率增大至568 GW,脉冲宽度缩短至2.29 fs,大幅增强自由电子激光放大啁啾脉冲以及腔外压缩脉冲的效果。

基于可调谐静电啁啾镜的电子脉冲压缩技术

分析了基于双级反射静电系统的电子脉冲压缩技术方法。类比于光子脉冲压缩用多层介质啁啾镜,将该静电系统称为可调谐静电啁啾镜:根据静电啁啾镜电气结构参数的设置,入射电子脉冲在系统中U形反射运动飞行时间与其初始轴向能量具有相应不同的色散关系,也即正负啁啾特性。讨论了该啁啾镜正负啁啾属性的可调谐性及脉冲压缩技术细节,并给出了计算实例。

灵敏的超短激光脉冲混合啁啾权重测量

提出了新型测量超短激光脉冲混合啁啾权重的方法,这种方法是基于干涉自相关信号不对称性随混合啁啾权重及其啁啾量值不同而不同。通过对干涉自相关信号的不对称现象分析,获得判断混合啁啾权重的方法,并得到干涉自相关包络比值信号的中央半宽、包络差值信号的峰值与线性啁啾权重及其啁啾量值之间的对应关系。采用干涉自相关二次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的脉冲进行测量,利用该方法判断出被测超短激光脉冲含有线性及平方啁啾,其线性啁啾参数为0.20而平方啁啾参数为0.80,从而实现了对超短激光脉冲混合啁啾权重及其啁啾量值测量。

一种基于线性啁啾光纤光栅的啁啾编码光码分多址接入系统

提出一种新的双极性啁啾编码光码分多址接入(OCDMA)系统.该系统采用线性啁啾布拉格光纤光栅和光纤延迟线将数据比特扩频成由正或负啁啾光脉冲组成的扩频序列,并对多用户干扰和误码率进行了深入分析,探讨了系统误码率与地址码码长和光纤光栅的脉冲展宽因子的关系.结果表明,通过增大脉冲展宽因子可以有效降低该系统的误码率.