多光束相干合成的研究

从傅里叶光学的基本理论出发，对多光束耦合的机理进行了理论分析，得出了光栅耦合的数学模型．根据模型用研制的优化软件对耦合器件进行了优化设计，并用特定设计的二元位相光栅作为耦合器件，在参与合成的各激光束之间满足一定的位相关系组态时，可实现将多束入射光相干合成一束能量较大的同轴高斯光束．

脉冲激光的非相干合成技术研究

为了实现高功率、高光束质量的激光输出,采用脉冲激光同步延时控制技术,将多束脉冲激光按时序合成一束脉冲激光,可用于产生大功率激光源。利用所设计的激光脉冲同步延时控制器,控制各个激光脉冲的时序,使按时序输出的多路激光脉冲依次通过光束合成装置,在空间合成为一束。在实验中将3束脉冲激光束合成,合成效率达到95.8%。结果表明,合束后的脉冲激光功率基本等于各束光相加的总和,同时保持了较好的光束质量。

畸变光束远场光强叠加特性研究

在远场将阵列激光的光强进行叠加是获取高功率激光输出的一种有效方法,由于激光在传输过程中会产生波前相位畸变,进而导致远场光强分布不匀滑。基于惠更斯-菲涅耳原理,建立了多束具有随机相位畸变的二维矩形阵列高斯光束非相干合成模型。模拟了光强合成过程远场焦斑的质量变化,计算了远场焦斑RMS和PSD与合成光束数量之间的关系。结果表明:光束非相干合成不仅能够有效提高激光的输出功率,还可以使畸变光束合成后的焦斑分布更加匀滑,提高光束的质量。

产生钠导引星星群的钠信标激光合/分束技术

研究了脉冲光束的偏振和时序非相干合成技术,通过偏振合束器将两路50 W级500 Hz的589 nm钠信标激光在空间上合为一束光线,成功突破了100 W级μs脉冲全固态钠信标激光输出;利用脉冲激光同步延时器控制两路激光脉冲的时序,使其按先后顺序合成一束脉冲激光,重复频率提升到1 kHz。合束后的激光光束质量M2约为1.41,与单光束的光束质量基本保持一致,光斑抖动性约为40μrad,可满足激光钠导引星自适应光学系统的应用需求。与传统的相干合成方法相比,该偏振和时序非相干合成方案具有结构简单、稳定、效率高的优点,且整个系统无需复杂的相位控制机制,为脉冲激光功率扩展提供了新途径。基于上述技术基础,结合自主提出的精密偏振分光专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束25 W/束的μs脉冲黄激光发射到钠层,成功产生了四颗钠导引星,这一结果将有助于推动大型地基光学望远镜中多层共轭自适应光学技术的发展。

基于多路激光合束的高功率激光技术研究进展

在激光领域,不断地探寻高功率高亮度的激光源是该领域科研工作者一直坚持的方向,而且在各大领域也有着重要应用。然而,单一激光器输出功率的提高有着很大的难度,而另一种获得高光束质量激光源的方式成为目前主要的研究方向——多光束合成技术。本文调研了近年来利用多光束合成技术产生高功率激光方面的研究进展,特别对相干光束合成和光谱合束两种技术路线做了详细的介绍。最后展望了未来激光合成技术的发展方向。

相干合成线阵高斯光束扫描识别猫眼目标理论分析

提出了一种利用相干合成线阵高斯光束扫描识别漫反射背景中的猫眼目标的新方法。建立了线阵高斯光束的相干合成数学模型,利用Collins衍射积分公式以及将硬边光阑窗口函数分解为有限个复高斯函数之和的方法,推导了相干合成线阵高斯光束通过猫眼目标和朗伯漫反射体反射后的解析光强分布公式。通过数值计算分析了目标尺寸、光束线阵数对反射光时间分布特性的影响。结果表明,朗伯漫反射体的反射光时间分布不具有周期特征,其尺寸越大,时间分布展宽越大;猫眼目标的反射光时间分布周期特征与目标处的光强纵向分布周期特征相似,其口径越大,丢失的频率特征越多。基于该方法可以有效地从复杂漫反射背景中快速识别出猫眼目标,并估计出漫反射体或猫眼目标的尺寸大小。

时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的应用研究进展

随着高功率超快光纤激光器的迅速发展,时分复制脉冲放大技术近年来获得了广泛的关注。时分复制脉冲放大技术可以通过双折射晶体组或自由空间时延来实现。将时分复制脉冲技放大技术与啁啾脉冲放大、空间分束和光子晶体光纤放大等技术相结合,运用于相干光束合成和非线性压缩,可以提升超快光纤激光器的脉冲能量和峰值功率。文中对时分复制脉冲放大技术在超快光纤激光器中的最新研究进展进行了详细综述,重点分析了时分复制脉冲放大技术在相干光束合成应用中的不同系统结构,并对时分复制脉冲放大技术的优化和发展方向进行了展望。

一种基于OAM的FSO误码性能的理论分析方法

携带轨道角动量的涡旋光束在自由空间光通信信道中传输时,信道中的湍流介质会改变涡旋光束的传播特性,破坏波前螺旋结构,最终直接影响通信的稳定性和可靠性.针对现有实验研究在普适性方面的不足,本文选取基于相干光束合成技术的高功率涡旋光束阵列为研究光源,从理论角度出发,建立一套完备的体系架构,用以分析大气湍流引起的幅度和相位起伏对基于轨道角动量的自由空间光通信系统性能的影响.应用光学外差检测,对湍流条件下信噪比的随机分布进行详细的研究,并基于此得到多进制相移键控调制下符号错误概率的解析表达式,评估不同湍流信道参数、光源参数以及接收机参数对符号错误概率的影响.结果表明,增大阵列子光束束腰半径、阵列子光束个数,减小阵列环状半径,可以提高光束质量,优化系统性能.另外,较小的拓扑荷数、传播距离和湍流强度以及较大的接收孔径直径使得符号错误概率较低,对应的通信性能更佳.

非Kolmogorov大气湍流对高斯列阵光束扩展的影响

本文推导出了高斯列阵光束在非Kolmogorov大气湍流中传输的瑞利区间zR、湍流距离zT和远场发散角θ的解析表达式,研究了非Kolmogorov湍流的广义指数α和列阵光束的合成方式对高斯列阵光束扩展的影响.研究表明:不论相干还是非相干合成高斯列阵光束,zR,zT和θ均随着α的增加而呈非单调变化.当α=3.108时,zR和zT取极小值,而θ取极大值,即当α=3.108时高斯列阵光束扩展最厉害,光束扩展受湍流影响也最厉害.非相干合成高斯列阵光束扩展比相干合成的要大,但受非Kolmogorov湍流影响却要小.特别值得指出的是:当自由空间光束衍射较小时,有zT<zR,即在瑞利区间范围内大气湍流就对光束扩展有影响;而当自由空间光束衍射较大时,有zT>zR,即在瑞利区间范围内大气湍流对光束扩展几乎没有影响.

一维光纤相控阵多光束快速扫描

针对激光束快速扫描需求,研究基于光纤相控阵的多光束扫描。采用"先校正后扫描"方式,利用高速铌酸锂相位调制器,基于随机并行梯度下降算法,研制了相位控制电路系统,构建了1×16路光纤相控阵原理实验系统,进行了光束相干合成与多光束扫描实验。测试结果表明,算法单次迭代时间不超过10μs,相干合成光束主瓣光强峰值旁瓣比达24.7 dB(理论极限26.4 dB),扫描范围与理论值吻合。该16路光纤相控阵系统在实现高质量相干合成的同时,还可实现500 kHz相干合成光束扫描。

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.