真实大气环境下水平方向激光主动相干阵列成像实验研究

为了研究激光相干阵列在全大气层湍流中的成像能力,在全相位闭合等方法的基础上,利用HV57模型中的大气折射率结构常数来标定大气相干长度,通过当地风速和光路高度等参数计算了实验所在地等效整层大气湍流的水平传输距离,研制了Ф1.5 m等效孔径的激光相干发射阵列,对1.2 km远处物体进行了成像实验,成像分辨率达到了亚角秒级。验证了激光相干阵列成像系统对大气湍流影响的抑制作用和成像能力,可为未来研制实体激光相干阵列成像系统提供理论与技术支撑。

激光相干阵列探测中整形光束能量分布的研究

本文针对计算全息位相光栅在ＣＯ２阵列探测系统中再现时出现的背景能量不相等及由于斜入射造成的峰值差异进行了讨论。

非Kolmogorov大气湍流对径向部分相干阵列光束瑞利区间和湍流距离的影响

基于广义的Huygens-Fresnel原理和非Kolmogorov谱模型,推导了无线光通信系统中径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时瑞利区间z_R和湍流距离z_T的解析表达式,对瑞利区间和湍流距离随湍流参量和光束参量的变化情况进行了数值分析.结果表明:不论是相干还是非相干合成,径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束的z_R和z_T均随湍流广义指数α的增大非单调变化,当α=3.11时,z_R和z_T取最小值,此时阵列光束扩展最大;相干合成比非相干合成的光束扩展要小,但其受湍流的影响更大;对于相干合成而言,径向分布半径r0越大,合成光束的z_R和z_T就越大,而非相干合成的z_R和z_T不受r0的影响;不论是相干还是非相干合成,阵列子光束数目对合成光束的z_R和z_T没有影响;当光束相干参量β足够小或波长λ足够大时,大气湍流对阵列光束z_R的影响可以忽略.

对百千瓦级全固态激光相干阵列系统的分析

对百千瓦全固态激光相干阵列系统进行了深入分析。通过对Northrop Grumman公司相干合成105kW高功率固体激光报道的解读,理清高功率固体激光相干阵列系统设计与研发过程中需要攻克的单元光束净化、相位控制、孔径填充、系统标校等技术难关。阐释全固态激光相干阵列与单增益介质单孔径100kW全固态激光系统的优势,并对全固态激光非相干阵列进行了简单分析。

无线光通信系统中部分相干阵列光束的传输特性研究

根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型,推导得到无线光通信系统中相互独立的部分相干高斯一谢尔模型(GSM)阵列光束在大气湍流中传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率解析式,并对不同因素影响下的自耦合特性、光束扩展和桶中功率进行了数值分析。结果表明,部分相干GSM阵列光束在大气传输过程中,当到达某一距离时多束光能合成一个平顶光束,再演变为高斯光束,且阵列光束在大气湍流中的自耦合特性比在自由空间中好;湍流外尺度对光强分布、光束扩展影响很小,可以忽略;部分相干GSM阵列光束与部分相干单GSM光束相比,具有更强的抑制湍流特性,有利于实现远距离通信。

基于相位调制的激光多元相干阵列的远场光强分布研究

根据Fraunhofer衍射理论,建立了基于相位调制的二维M×N激光相干阵列的远场光强分布理论模型。结合应用实际,对5×5激光相干阵列的远场光强分布进行数值模拟,分析了不同调制相位对远场光强分布的影响。结果表明,远场光强分布的主极大(小)的位置随调制相位变化,相对强度也随之变化;不同阵列结构,光强分布不同,每列(行)相邻两阵元上加载的相位差为π时,出现较多的主极大和次极大且对称分布。这些结果可为应用相位调制去控制远场光强分布提供有益的参考。

利用Gyrator正则变换实现环形激光阵列的Talbot效应

本文对环形激光阵列的Talbot效应进行了研究,利用Gyrator正则变换推导了极坐标下环形激光阵列的Talbot效应和自成像条件,并进一步分析了其在分数Talbot距离处的成像规律.通过FDTD Solutions软件对环形激光阵列在分数Talbot距离处的空间分布、相位分布进行模拟,得到与理论计算相一致的结果.通过与一维激光阵列分数Talbot效应的空间分布、相位分布情况进行对比分析,环形激光阵列可有效消除一维激光阵列的Talbot边缘效应,获得等光强分布的Talbot自再现像,扩展了Talbot效应在环形激光相干阵列锁相的应用.

部分相干径向阵列光束的传输特性

利用广义惠更斯菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干径向阵列光束在相关和非相关叠加下通过薄透镜系统的传输公式。定量分析了光束叠加方式、子光束的空间相干参数、透镜菲涅尔数和阵列参数对部分相干径向阵列传输特性的影响。研究结果表明:经透镜传输的部分相干径向阵列光束的光强分布和最大峰值光强与光束叠加方式、子光束空间相干参数、透镜菲涅耳数以及阵列参数等密切相关。

垂直腔面发射激光器相干耦合阵列二维光束偏转

通过建立数值模型,分析了垂直腔面发射激光器相干耦合阵列单元数量、单元间距、单元间相位差对光束质量及偏转角度的影响.仿真结果表明,单元数量越多,发散角越小;单元间距越小,旁瓣强度越小;单元间相位差越大,偏转角度越大.因此,设计相干阵列时,需要尽量减小单元间距,增大阵列规模,实现单元间大相位差的控制.实验制备了3单元相干耦合阵列,通过分离电极实现了单元注入电流的独立控制以及单元间相位差的控制,最终实现二维方向上的光束操控.

基于混沌振子阵列的扩频信号捕获方法

在低信噪比下提出了结合混沌振子阵列及相干相关实现对扩频信号的捕获方法.针对混沌振子的数学模型,用混沌系统的相轨迹特性来分析对扩频信号的捕获过程,以Lyapunov指数(LE)作为实现捕获及提取载波多普勒频率的判断依据,再由跟踪环路完成对扩频码相位的跟踪.对DSSS/BPSK仿真结果表明,本方法可以实现扩频信号快速捕获,同时提高了捕获概率及检测灵敏度。

PCFT光束阵列在海洋湍流中的传输特性

为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性,基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数,结合海洋湍流的空间功率谱函数,理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式,数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系。结果表明,在相同条件下,当传输距离超过400m时,相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列,部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小,传输特性更为稳定。此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值。

相干激光阵列的逆达曼光栅合束孔径装填实验研究

提出一种相干激光阵列合束孔径装填的新方法,采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合束装填为远场单一主瓣的光束,给出了相应设计方案,并进行了模拟相干激光阵列合束孔径装填的原理性演示实验。实验结果表明,这是一种实现高功率和高亮度激光的有效技术方案。逆达曼光栅用于相干阵列激光合束是基于远场衍射原理,阵列面和光栅面为严格的傅里叶变换关系,具有原理简单、性能稳定可靠的特点,能够控制输出光束尺寸及其远场光束宽度,对于发展紧凑型、轻量化和高光束质量的高功率激光器系统具有重要意义。

部分相干双曲余弦高斯阵列光束的湍流距离

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和积分变换技术,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)阵列光束通过大气湍流传输时光束湍流距离的表达式。研究结果表明,部分相干ChG阵列光束的湍流距离与大气湍流强度、光束参数(包括子光束数、光束相干参数、离心参数、相对子光束间距)以及光束叠加方式(即交叉谱密度函数叠加和光强叠加)等有关。部分相干ChG阵列光束的光束扩展会随着大气湍流强度的增大而增大,但当选择合适的光束参数以及光束叠加方式时,可以减小湍流对部分相干ChG阵列光束扩展的影响。

地震微观前兆预报网络系统设计研究(4)——网络系统设计

提出了地震微观前兆预报网络系统设计的一整套详细方案,包括地震模型、基岩传感器网络和数据融合、信号处理技术和网络系统设计。本文介绍网络系统设计方案,包括光纤传感器在地震预报网络中的应用、传感器网络平台的选择和网络设计、地震源定位的相干声阵列处理技术、光数据通信技术。

DARPA为激光武器反无人机分层防御开发模块化高效激光技术

随着近年来无人机在战场上频繁现身和出色表现,无人机所造成的威胁正日趋加大,美国为了快速形成反无人机装备能力的领先优势,正在大力发展反无人机装备技术研发。2022年DARPA发布“模块化高效激光技术”(MELT)项目五年计划征集公告,旨在开发具有出色光束质量的紧凑型、可扩展的主动相干光束合成半导体HEL源技术,该项目将把激光碟片集成至可扩展HEL光源的平面阵列中,可获得与当前HEL光源相媲美甚至更佳的光束质量,将成为低成本激光武器系统分层防御反无人机的新手段。

400Gbit/s光模块的技术浅析

随着IEEE 802.3ba标准的制定完成,100Gbit/s以太网技术已经得到验证并标准化。400Gbit/s以太网和OTN(光传输网)标准成为了下一步人们关注的焦点。文章基于现行100Gbit/s标准,讨论了双载波偏振复用的16QAM(正交幅度调制)、阵列相干探测等以太网和OTN的400Gbit/s光网络模块相关技术。

点阵列声源激发大气湍流特性对光波传输闪烁指数特性的影响研究

声波运动可以改变周围大气压强,进而影响大气的折射率分布。基于声波的波动方程和叠加原理,结合大气折射率的计算公式,求解出点阵列相干声源激发的人工大气折射率不均匀体的空间分布。基于Rytov近似,给出了点阵列相干声源激发的压强和光波闪烁指数之间的数值关系,分析了点阵列相干声源参数改变对光波闪烁指数的影响。结果表明:声源能激发产生大气折射率不均匀体,引起光波出现光强起伏。声源各个参数的改变,会引起光波闪烁指数出现不同程度的起伏变化。该研究结果初步探索了阵列相干声波激发人工大气折射率不均匀体参数对激光传输特性的影响。

基于近场测量数据的远场子波提取方法研究与应用

在海洋地震勘探中,激发地震波的震源一般采用气枪阵列,气枪阵列稳定可靠,一致性好。震源远场子波对地震数据处理解释具有重要意义。本文提出了一种利用实测近场子波数据提取远场子波的方法。首先,根据相干枪阵中单枪与其虚震源之间的空间关系,建立理想的子波延时系统,提取单枪子波;然后,利用球面波远场叠加关系设计远场子波合成算法来合成远场子波;最后,给出了本方法提取的远场子波和理论合成远场子波在波形及频谱上的效果的比较。