激光无线能量传输发射光学系统研制

为了提升激光无线能量传输系统光能传输效率,避免使用准直镜头导致在数百米距离处接收端光斑边界模糊和照度均匀性差现象的发生,开展了基于共轭成像原理的可调焦发射光学系统研制。首先理论分析了准直法和共轭成像法的设计原理,然后针对光纤输出的808 nm半导体激光光源,采用共轭成像法设计了焦距550 mm、口径260 mm的发射光学系统,通过光纤端面的移动实现调焦设计,分析了不同调焦距离下光纤端面的移动量,并与准直法设计结果调焦后对比,在200 m~1 km处的波像差明显较小。利用Lighttools软件模拟对比了调焦前后的照射光斑,验证了调焦的作用。模拟结果显示,通过对基于共轭成像原理设计的发射光学系统增加调焦机构,可在不同距离处得到清晰的光斑边界。最后对激光发射光学系统进行了加工,经测试,波像差RMS为0.092λ(λ=632.8 nm)。结果表明:激光无线能量传输系统使用基于共轭成像原理设计的可调焦发射光学系统可获得边界清晰、更加均匀的照明光斑。

星地相干激光通信中的自适应光学系统边界参数设计

分析了星地相干激光二进制相移键控(BPSK)通信系统中自适应校正波前残差与相干效率的关系;讨论了自适应校正下相干效率和误码概率的动态特征;然后,研究了大气闪烁对相干效率和通信误码率的影响。在假设接收强度均匀分布的前提下建立了波前残差均方根值与相干效率的理论关系,采用频率直方图方法仿真了相干效率以及相应的误码概率的概率分布函数,计算了不同校正残差和闪烁条件下的通信平均误码率。结果表明:波前残差大于1rad时,相干效率主要受波前残差影响,自适应校正性能达到衍射极限时才能获得10-8的误码率,但此时大气闪烁可能会使误码率增大两个数量级。

非线性发射过载对激光引信光学接收系统的影响

激光引信包含精密光学系统,其中光学接收系统占重要地位,在常规弹药引信过程的应用中,高发射过载环境对系统弱回波聚焦质量造成严重影响,系统工作可靠性无法保证。提出接收聚焦透镜与窄带滤波片一体化方案,设计出一种新型缓冲结构接收系统光学,应用有限元分析软件ANSYS建立传统激光接收系统以及新型结构动力学模型,对接收聚焦透镜进行非线性动力学仿真以及ZEMAX光学仿真;最后进行空气炮冲击实验,结果表明:在经历70 000 g冲击加速度后,新型光学系统缓冲结构可有效缓解接收聚焦透镜塑性变形,提高脉冲激光束聚焦整形质量,激光回波能量显著增强。为常规武器激光引信接收光学系统抗高过载设计提供了一种新的方法和理论依据。

非相干叠加激光发射系统光学设计

介绍了一种适用于三束激光非相干叠加聚焦的新型激光发射光学系统,工作波长1080nm,全视场角0.6°。系统为离轴两镜反射结构,对三束紧密排列的激光光束进行扩束聚焦,系统主镜为口径303mm的椭球面反射镜,系统像质接近衍射极限,并且可以通过控制次镜轴向位置调焦适应不同目标距离。计算了叠加后的激光光斑的功率密度分布和环围功率曲线,设计在目标距离1000m时叠加光斑半径9 mm内的环围功率大于95%,此激光发射系统结构简单,长径比小,聚焦质量满足使用需求,激光光斑能量得到有效叠加。

将成像光学系统用于激光发射的设计与分析

为减轻卫星载荷质量和应对各种突发状况,将成像光学系统同时用作激光发射天线的共口径设计具有重要意义。因此根据特定的成像光学系统给出了共口径设计方法,针对其中基于EDFA功放技术的发射单元与成像系统相匹配的耦合镜头进行了分析与设计,基于此研究了发射高斯光束在该共口径系统中的传输及出射光束的场分布,讨论并仿真分析了耦合镜头与成像主次镜距离的改变对出射光束性能的影响。结果表明,共口径设计满足激光发射要求,并且微调耦合镜头与成像主次镜的距离可以改变出射光束的束腰和远场光强峰值能量从而满足不同的通信需求,且对出射光束的总能量没有明显影响。

光学系统的失调对激光束发射性能的影响

基于简单的物理模型和矩阵光学方法，就光腔失调后对出射光束通过一发射光学系统聚焦特性的影响作了分析，并用数值计算例子加以说明。同时，还给出了一些有用的工程估算公式供参考。

基于甲烷吸收峰波长参考的温度自适应光纤光栅解调系统

设计了一种基于甲烷吸收峰波长参考的低成本、低功耗、温度自适应的布拉格光纤光栅(FBG)解调系统。详细介绍了该系统的总体设计和关键技术,包括:垂直腔面发射激光器(VCSEL)的特性分析和选取、甲烷吸收峰波长选取和甲烷吸收峰波长与VCSEL扫描波长范围匹配、光纤光栅波长选取和光纤光栅波长与VCSEL扫描波长范围匹配、利用甲烷气体吸收峰波长作为参考波长测量计算FBG的波长变化。实验结果表明,该系统无需温控,即可动态地选择和锁定不同的甲烷吸收峰波长作为参考波长解调光纤光栅波长,在10~40℃工作温度下系统的有效波长扫描范围为3.5nm,可作为无线传感网络的传感节点。

激光发射自适应光学校正大气湍流的初步实验

本文报告了用自适应光学技术实时补偿大气湍流的激光发射初步实验结果。校正后的靶面峰值能量大约是校正前的3.5倍。

无人驾驶激光雷达发射光学系统设计

激光雷达多用于精确测量障碍物的位置信息(距离和角度)、运动状态和外观形状,进行探测识别、分辨和跟踪,完成三维地图绘制等,是无人驾驶必不可缺的核心器件。本文考虑了车载激光雷达的实际使用环境和应用需求,在计算分析光学系统参数的基础上,利用ZEMAX光学设计软件的非序列模式,采用三片球面透镜激光准直结构为初始结构,利用欧司朗SPL PL90-3半导体激光发射元为激光光源设计了一款工作在905nm波段,焦距为70mm的32线激光雷达发射光学系统。设计结果表明,该激光发射系统对人眼安全,探测距离大于100 m,角度分辨率为0.26°,完全能满足无人驾驶汽车的要求。

发射光学系统分析

采用矩阵光学方法导出了发射光学系统的传输变换矩阵和具有两级扩束系统的发射系统的调焦公式 ,研究了输入激光不是平行光时远场焦点位置的变化和一级扩束系统焦距变化对系统焦距的影响。

多种应用于高功率激光技术的光学系统设计

结合当前高功率激光技术的工程实践,按发射与接收、可见与红外、折射与反射等分类方式分别介绍了应用于各种环境下的多种光学系统结构,分析了各种光学系统的优势与不足,完成了各种光学系统的光学设计,并给出了光学系统的技术指标与接收光学系统的成像质量。在实际应用中应按照不同的应用环境和技术指标合理的选取光学系统,使光学系统在高功率激光技术中更好地发挥作用,增大探测范围、提高成像质量、提升跟瞄精度。随着技术进步,近年来也产生了一些新型的光学系统,分析了新型高功率激光光学系统的性能优势,并对这些新型系统的应用前景进行了展望。

激光信标自适应光学系统

激光信标自适应光学系统。目前世界上有１０余台８ｍ级望远镜正在建造或设计中，由于大气非均匀运动影响，一台８～１０ｍ级的望远镜角分辨率并不比一架８～１０英寸的望远镜好。未来的空间探测与利用将取决于通过地球大气的激光束传输。纤维光学与光子学已使通讯产业发生...

光电经纬仪中激光测距装置光学系统的设计

阐述了在光电经纬仪上应用激光测距装置的重要性,即可实现单台经纬仪确定目标位置。分析了激光测距的原理及测距方程,最后针对光电经纬仪的结构特点,对测距装置的光学系统进行了设计。

空间激光通信中的光学系统

给出了空间激光通信系统中光学系统的构成并分析了各个部分的功能,介绍了几种形式的光学天线及空间激光通信中的自适应光学技术。在光学天线的分析中,指出卡塞格伦天线用于空间激光通信所具有的优势,分析了卡塞格伦天线的性能以及设计中要注意的问题。

一种基于实时校正大气激光通信光学系统研究

针对星地通信中因大气湍流造成的通信质量下降的问题,本文提出一种基于实时校正的自适应光学技术,通过该技术,改变了传统的通过波前探测器活动波前信息的问题,从而大大的简化了系统的结构,同时解决了远距离通信下存在的校正效果不佳的问题,以此通过算法的改进提高了星地通信的能力。

自适应激光谐振腔系统的稳定性分析

用多变量频域稳定性判据，分析了自适应激光谐振腔系统的稳定性。针对千瓦级ＣＯ２激光非稳腔和五通道弱关联自适应光学系统的计算机模拟结果表明，多变量频域法研究自适应光学动力学系统的稳定性是有效的。

激光基准信标仪光学系统的设计

对激光光学准直系统进行了设计计算,绘制了激光电路图,并对激光器在本仪器中的使用进行了分析与探讨,给出了 最佳的使用条件及使用寿命。

激光基准信标仪光学系统的设计

激光基准信标仪是我们研制的一种新型测量仪器，它利用激光作为准直光，广泛用于平整土地、基础及楼板标定、大型机床的安装，以及安装门窗等各种建筑构件的水平和垂直度的检测.该系统采用的激光发射头为 He－ Ne激光器，功率 2 mW，扫描速度 0～ 12 r/s。

聚焦不等晕性对自适应光学位相补偿影响的数值模拟

采用自编的数值模拟程序,数值模拟了激光在大气传输中的聚焦不等晕性,分析了不同激光波长、激光发射口径、大气湍流强度及信标光高度下,聚焦不等晕性对激光发射自适应光学系统波前校正的影响,数值模拟结果与解析公式计算结果吻合较好。数值模拟结果表明,在其他条件不变的情况下,激光发射口径越大,或者湍流强度越强,聚焦不等晕性对激光发射自适应光学系统波前校正的影响就越大;激光导星的高度越高,聚焦不等晕性的影响越小。