基于激光近场和图像分割技术的复合波长诱导熔石英损伤实验研究

在复合波长(波长分别为1053、527、351nm)情况下,利用激光近场对熔石英样品进行损伤实验。设计了一种基于激光近场辐照的损伤阈值定义方法,并利用带有灰度抑制的分水岭标记算法对损伤图像进行损伤区域提取,通过对比损伤图像与相应光束近场能量分布,计算出损伤区域与非损伤区域临界处的光能量密度,即为熔石英样品的损伤阈值。实验结果表明,复合波长激光诱导熔石英损伤是3种波长激光共同作用的结果,但351nm激光对损伤起主要作用,初始损伤阈值为8.22J/cm2;在复合波长激光多次辐照样品的情况下,熔石英样品后表面的损伤成指数形式增长,损伤增长系数为0.59。

1.06μm、0.53μm全固态激光双波长复合输出技术研究

针对现阶段光电对抗单波长激光干扰的局限性,提出了干扰激光双波长复合输出方案,为军用光电对抗设备的通用化和小型化提供了有效思路。利用稳态和速率方程理论分别建立了连续和脉冲激光复合输出模型,通过数值仿真探究了倍频晶体长度和腔镜基频透射率对复合激光输出功率成分的影响。在连续输出状态下,存在最佳基频透射率使基频输出功率最高;对于两种输出状态,都存在最佳倍频晶体长度使倍频输出功率最高。通过实验验证了连续和脉冲输出状态下复合激光输出功率成分随腔镜基频透过率的变化关系,并进一步探究了重复频率对复合激光输出的影响。

双波长复合激光引信

激光引信在武器飞行弹道中往往受到云雾、高大树木枝叶的干扰,容易使引信误起动。针对这一问题,通过对激光引信所面临的常见干扰如云雾和绿色植被光谱反射特性的分析,利用云雾和绿色植被与目标在光谱反射特性方面的差异,提出在激光引信中选择两个特征波长进行复合探测,依据两种波长激光的反射信号特征差异来鉴别目标和干扰,并从激光引信接收系统分辨率角度,分析了采用0.85μm和3.2μm双波长激光复合探测技术提高引信对弹道环境中主要干扰鉴别能力的技术途径。

全固态激光双波长复合输出腔参数优化

Nd∶YAG激光器输出的基频1064 nm激光和倍频532 nm激光在众多领域有着广泛的应用。在某些需要同时干扰可见光和近红外光电设备的军事领域,基于1064 nm和532 nm激光双波长复合输出的去识别干扰技术将有利于设备的小型化。针对固态激光双波长复合输出技术,提出了半导体泵浦双Nd∶YAG晶体,双声光调Q和KTP内腔倍频的激光谐振腔配置方案,以实现复合激光高功率高重频稳定输出;利用稳态方程理论,建立了固态激光双波长复合输出模型,研究了谐振腔参数对复合激光输出配比和特性的影响,获得了倍频晶体最佳长度和腔镜最佳基频光透射率,论证了谐振腔参数调节优化复合激光输出的有效性。

半导体列阵激光器波长复合设计及实验研究

利用半导体材料波长易调节的特点,设计了AlGaInAs/GaAs/AlGaAs压应变量子阱结构,得到760、800、860、930和976nm 5个波长激射的半导体列阵激光器,同时设计了4个短波通滤波片参数,开展了半导体列阵激光器的多波长光束复合技术的实验研究,最终实现了5个波长的半导体列阵激光器的光束复合,得到112W的激光功率输出,总体效率为88.5%,其中波长复合效率达92.4%,输出聚焦光斑尺寸为136μm×1 330μm,聚焦光功率密度达6.43×104 W/cm2。

高重频双波长复合干扰激光器设计

为解决基频光高重频与倍频光高平均功率之间的矛盾,设计了一台干扰用高重频双波长复合输出激光器。静态仿真了泵浦源效率、激光晶体受热和受力分布、激光高斯模式特征,得到了该激光器的复合输出特性。动态仿真调Q频率、倍频晶体长度对复合输出的影响以及分析倍频晶体热效应,发现在泵浦功率和谐振腔结构不变的前提下,需先满足基频光高重频工作,再优化倍频晶体长度和控制倍频晶体温度可提高倍频光的输出功率。按上述仿真结论开展的验证实验结果表明:当磷酸氧钛钾晶体长度为12 mm、输出镜透过率为10%、重复频率为50 k Hz时,设计的激光器基频光平均功率为18. 98 W,倍频光平均功率为2. 22 W,与仿真结论一致。

热近非稳腔高重频双波长复合输出激光器研究

1064 nm/532 nm双波长固态激光器在多个领域应用广泛。针对目前该类激光器分光路可切换输出研究较多,而复合输出研究缺乏的现状,通过建立含热透镜的等价谐振腔模型,结合谐振腔稳定性和"热近非稳谐振腔"理论确定了最佳腔长,利用软件仿真分析了倍频晶体的长度、输出镜基频透过率、调Q频率的大小对复合输出的影响,根据双路激光干扰的实际需求,确定了最佳复合输出参数,从而完成了一台1064 nm/532 nm高重频双波长复合输出激光器的设计。实验表明,KTP晶体长度选为12 mm,输出镜基频透过率选为15%,调Q频率选为50 k Hz时,在最大泵浦功率下,基频光输出的平均功率为28.82 W,倍频光的输出的平均功率为2.23 W。测量得到的激光近场发散角与光斑半径的乘积近似等于同样位置处基模高斯光束发散角与光斑半径的乘积,这说明所设计的激光器在最大泵浦功率条件下是以近似基模的方式运转,具有较好的光束质量。

波长与能量色散复合型X射线荧光光谱仪测定海洋沉积物、水系沉积物、岩石和土壤样品中15种稀土元素

单独采用波长色散型X射线荧光光谱仪(WDXRF)或者能量色散型X射线荧光光谱仪(EDXRF)测定稀土元素时不仅存在谱线干扰问题,而且WDXRF分析稀土元素也存在灵敏度低的问题。为解决上述问题,实验采用粉末压片制样,使用最新型研发的波长与能量色散复合式X射线荧光光谱仪(WD-EDXRF)对海洋沉积物、水系沉积物、岩石和土壤样品中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 15种稀土元素进行测定。重点研究了波长色散和能量色散各自要分析稀土元素的测量条件。对于Dy、Eu和Tb使用分辨率高的WDXRF分析,其他12种稀土元素使用灵敏度高的EDXRF分析。采用45个海洋沉积物标样、水系沉积物标样、岩石和土壤标样,建立校准曲线。用经验系数法和散射线内标法校正基体效应,并用多元回归扣除稀土元素谱线重叠干扰。采用实验方法测定海洋沉积物、水系沉积物、岩石和土壤样品中稀土元素其检出限在0.01~2.8μg/g之间,较WDXRF降低了约一个数量级。对水系沉积物标样GBW07313进行精密度考察,各稀土元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=5)在0.10%~6.1%之间。对4类样品进行正确度考察,分析结果与认定值符合。

0.53μm全固态激光器热效应及其补偿技术研究

基于0.53μm、1.06μm激光双波长复合输出技术在军事上的应用前景,针对光电对抗双波长复合输出激光器的热效应,利用泊松热传导理论,考虑晶体与外界的热交换,建立了更精确的边界条件,仿真分析了三向泵浦、内腔倍频情况下激光晶体热透镜效应和倍频晶体热致相位失配的形成过程,分析讨论了平凸腔补偿热透镜效应的有效性和一般规律。通过实验探究了热效应对双波长复合激光光束质量的影响,验证了平凸腔对热效应的补偿效果,发现平凸腔能增大基模模体积,抑制高阶模增益,改善复合激光光束质量,热效应补偿效果会随着补偿平凸镜曲率半径的减小而增强。

0.53μm和1.06μm双波长复合激光干扰光电器件的实验研究

利用自行设计的0.53和1.06μm双波长复合输出激光器,对复合激光干扰COMS相机和激光半主动(SAL)制导系统的效能进行了实验评估。在CMOS相机干扰实验中,分析了复合激光连续和5kHz高重频输出时的干扰效果;分别在有无激光防护两种情况下,对比了复合激光与单波长激光的有效干扰面积曲线。结果表明,存在激光防护措施时,复合激光的有效干扰面积较单波长激光干扰提升显著,其有效干扰面积分别最大增加67.0%和53.1%。在SAL制导系统干扰实验中,对比了导引头在复合激光和0.53μm波长激光干扰下的预处理信号波形。结果表明,高重频复合激光能有效扰乱导引头的预处理信号,使其波形相关度最大降低25.1%,干扰效果较0.53μm波长激光提升显著。

基于光纤传感的航天器结构应变参数精确测量

为实现空间高低温环境下航天器结构应变参数的精确测量,采用基于法布里–珀罗(Fabry-Perot,F-P)标准具和乙炔(C2H2)气室的复合波长参考的光纤测量方法,对可调谐滤波器透射波长进行校正,以保证解调精度。在解调过程中,采用自适应阈值法解决光源平坦度差引起的F-P标准具寻峰困难问题,并且基于时间预测性最大化原理对透过气室的光源信号进行盲分离,以提高气室波长校正精度。实验结果表明,该方法可实现在高低温环境下光纤传感器中心波长解调偏差小于3 pm,结构应变测量相对误差小于4%,能够满足实际工程应用中航天器结构应变参数的高精度测量需求。

复合结构的等离激元模式耦合关系及光学特性研究

提出一种以Au为材料的正方形框和中空圆柱嵌套的亚波长周期性复合结构,采用时域有限差分算法对复合结构进行数值模拟研究。研究发现,波长在400~900 nm的线偏振平面波垂直入射情况下,最小的透过率能达到7.46%,最小的半峰全宽能达到7.25 nm,最大的反射率为87.61%,最大吸收率达到38.00%,且表现出透射光谱与入射光的偏振方向无关。分析发现,复合结构的共振模式由两基本结构的共振模式耦合而来,且嵌套模式可以进一步减小单一结构的透过率和增大光与复合结构的相互作用。通过改变复合结构参数,得到了较宽且高效的等离激元调控范围和较窄的透射光谱。这也为设计人工亚波长周期性复合结构的研究提供一定的理论指导。

Single-/dual-wavelength switchable and tunable compound-cavity erbium-doped fiber laser with super-narrow linewidth

A single-/dual-wavelength switchable and tunable erbium-doped fiber laser(EDFL) with super-narrow linewidth has been proposed and experimentally demonstrated at room temperature. The fiber laser is based on a compound cavity simply composed of a ring main cavity and a two-ring subring cavity(TR-SC). Regardless of single- or dual-wavelength operation, the EDFL could always work well in single-longitudinal-mode(SLM) state at every oscillating wavelength. In dual-wavelength operation, the spacing could be tuned from 0 nm to 4.83 nm. In single-wavelength operation, the EDFL could lase at a fixed wavelength of 1 543.65 nm or another wavelength with a tunable range of 4.83 nm. The super-narrow linewidths of 550 Hz and 600 Hz for two wavelengths are obtained. The proposed EDFL has potential applications in microwave/terahertz-wave generation and high-precision distributed fiber optical sensing.