高功率线偏振窄线宽光纤激光器TMI抑制

高功率线偏振窄线宽光纤激器在功率光谱合成、相干探测等方面具有广泛的应用前景。在高功率线偏振窄线宽光纤激光器中,模式不稳定(TMI)效应是限制其功率提升的主要因素之一。本文分析了TMI效应对高功率线偏振窄线宽光纤激光器输出功率的影响,提出了TMI效应的抑制方法。文章采用长波泵浦技术,输出功率100 mW的单频激光器作为种子源,相位调制器将种子源线宽展宽至25 GHz,经三级放大,最终实现了线宽25 GHz、功率2.2 kW、中心波长1064 nm、消光比98%的线偏振窄线宽激光输出,光束质量M_(x)^(2)=1.2、M_(y)^(2)=1.21。分析了泵浦波长对TMI效应的影响:由于光线芯径较小(20μm),增益光纤对泵浦光吸收系数较高(1.8 dB/m@976 nm),纤芯温度较高,加上泵浦光量子亏损引入的热,导致纤芯折射率发生变化,较低功率下发生TMI效应,当泵浦波长向长波偏移时,泵浦光的量子亏损降低,同时泵浦吸收系数也降低,无论在光纤全长、还是单位长度上的热分布均减小,增大了TMI阈值,提升了线偏振窄线宽光纤激光器的输出功率。

<10 GHz窄线宽线偏振近衍射极限光纤激光实现4 kW输出

窄线宽线偏振近衍射极限光纤激光在相干合成和光谱合成领域具有重要的应用,近年来得到了研究人员的广泛关注。对于相干合成来说,光纤激光器的线宽越窄,其光程控制精度的要求越低,系统结构越简单。而对于光谱合成来说,线宽越窄,谱合成后的光束质量越好。一般情况下,相干合成和单光栅光谱合成系统要求光纤激光的线宽小于10 GHz。目前,高功率窄线宽光纤激光器一般采用主振荡功率放大结构(MOPA),在放大过程中输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)、自脉冲和模式不稳定效应。

双线偏振雷达在郑州“7.20”极端暴雨中的应用分析

2021-07-20郑州遭遇了极端暴雨天气,造成了巨大的人员伤亡和经济损失,文章利用洛阳S波段双线偏振雷达资料对此次暴雨过程进行了分析。结果表明:此次过程降水强度大,强降水持续时间长;强降水回波和逆风区的持续存在,是造成郑州极端降水的重要因素;低质心结构、差分反射率因子柱和差分传播相移率柱均在融化层高度以下,表明郑州极端降水时段以液态降水为主,强降水中心扁椭球形大雨滴数浓度高,近地面降水效率高。

线偏振激光场中分子高次谐波椭偏率的调控

高次谐波椭偏率的调控为人们研究磁性材料和手性介质中的超快动力学过程提供了有效途径.本文理论研究了线偏振激光脉冲驱动下,H_(2)^(+)和H_(3)^(2+)分子高次谐波的偏振特性及阿秒脉冲产生.结果表明当取向角为0^(o)时,H_(2)^(+)分子谐波的椭偏率几乎为0,而H_(3)^(2+)分子谐波具有较大椭偏率,这是由于分子轨道对称性决定的.通过改变取向角的大小,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率大小,为产生椭偏XUV脉冲提供了手段.同时,发现椭偏率较大的谐波阶次对应的谐波强度较小,分析表明分子的双中心干涉效应对椭偏率有很大的影响.对于H_(2)^(+)和H_(3)^(2+)分子,分别合成了椭偏率为0.75和0.55的椭圆偏振阿秒脉冲.这种大椭偏XUV脉冲的产生为高次谐波在材料与生物科学领域提供了重要应用.

上海浦东X波段双线偏振雷达衰减订正效果分析

降水对X波段雷达电磁波的显著衰减,造成了回波弱化现象,带来了定量应用不准确的问题。为了减轻降水衰减对雷达数据的影响,用Z-K_(DP)(反射率因子-差分传播相位常数)方法对上海浦东气象局的X波段雷达反射率因子进行订正试验,具体方案为:当K_(DP)≥0.3°·km^(-1)时,用K_(DP)的值进行订正;当K_(DP)<0.3°·km^(-1)时,使用雨滴谱拟合A(衰减系数)和Z间的经验公式做衰减订正。选取对流性降水个例(2020年9月17日)和稳定性降水个例(2021年2月26日)进行衰减订正试验,经过衰减订正和系统偏差订正后,X波段雷达反射率因子与S波段雷达的反射率因子大小相当,回波形态相似,验证了该订正方法适用于对流性降水和稳定性降水的X波段雷达反射率因子的衰减订正。

寻甸县罕见双雹灾害特征分析——基于T-LnP图和X波段双线偏振雷达

利用2023年8月10日、11日MICAPS探空和环流场数据以及x波段双线偏振雷达物理量,从天气背景、大气稳定性、降水粒子相态特征分析了寻甸县境内的连续两次夜间雹灾过程。结果表明:(1)两高辐合是本轮过程的天气背景,台风“卡努”外围偏东气流影响下辐合区风场切变加强。8月10日雹灾表现为高湿度层(相对湿度≥80%),从白天到夜间转变以600 hPa为界,最高可达200 hPa,湿对流有效位能从1 257 J·kg^(-1)减小至134 J·kg^(-1);8月11日雹灾过程,高湿度层从白天到夜间转变以700 hPa为界,最高可达500 hPa。(2)“8.10”冰雹过程中是典型超级单体结构,垂直积分液态水含量跃增最大达10 kg·m^(-2)、降雹时零滞后相关系数降低至0.85以下、差分反射率和差分相位移率变化较弱,且预警系统提前一小时触发报警,云体在成熟阶段降雹。“8.11”冰雹过程中垂直积分液态水含量维持稳定,差分相移率随冰雹云发展由0.35增大至7.0,云体在积云阶段降雹,预警系统滞后10分钟触发报警。

双线偏振多普勒雷达估算降水方法的比较研究

用美国KOUN双线偏振多普勒雷达2003年5～6月观测的两次强对流降水的天气过程资料,研究了从冰雹云降水回波中剔除冰雹回波得到液态降水区域的方法,冰雹回波剔除的结果保证了估测降水量不受冰雹的影响;分析了S波段双线偏振多普勒雷达几种估测降水强度方法的差异,并与地面雨量站资料进行对比,研究了KDP计算方法本身对降水估测的影响。结果表明:在实际的估测降水中,不同降水估测方法得到的结果有较大的差异,利用KDP估测降水的方法不适合小雨阶段的测量。

济宁S波段双线偏振多普勒雷达数据质量分析

以济宁S波段双线偏振多普勒雷达观测的层状云降水资料为例,分析了信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、相关系数(ρhv)对偏振参量的影响以及近距离双偏振参数的特征。利用雷达最高扫描仰角的层状云降水资料,对小雨和干雪两种自然目标物差分反射率因子(ZDR)的订正效果进行分析。研究表明:(1)SNR小于21 dB时,ZDR、ρhv、差分传播相位偏差(ΔΦDP)的平均值和标准差随SNR的变化波动明显,ZDR、ρhv、差分传播相位(ΦDP)不稳定,数据质量差。SNR大于21 dB时,ZDR、ρhv、ΦDP才具有可信度,且随着SNR的增大,ZDR、ρhv、ΦDP的稳定性越来越好。(2)SNR大于21 dB、ρhv<0.965时,ΔΦDP的平均值和标准差随ρhv的变化而波动剧烈;SNR大于21 dB、ρhv>0.965时,ρhv越大,ΦDP的值越稳定。(3)受地面噪声干扰、近距离地物以及天线旁瓣的影响,0~15 km的近距离偏振参数不稳定,数据质量差,业务应用中需特别注意。(4)利用小雨和干雪两种自然目标物对ZDR系统误差进行标定,通过对比发现,小雨粒子的ZDR系统误差的平均值和标准差比干雪粒子小很多,且小雨粒子ZDR系统误差订正曲线比干雪粒子稳定;小雨粒子相比于干雪粒子,其ZDR系统误差订正效果更稳定;经过系统误差订正后的降水粒子的ZDR值较订正前更加合理。

正交线偏振光成像制导镜头的设计与仿真

根据成像制导系统提高恶劣环境成像能力和识别真假目标能力的发展需求,研究设计正交线偏振光成像制导超透镜镜头。通过分析超透镜的偏振和相位调控原理,基于传输相位和矩形结构通过最小标准差匹配法设计了基于硅和氟化钡材料的中红外正交线偏振光成像超透镜,工作波长为3μm。利用时域有限差分法对正交线偏振光超透镜进行了仿真,验证偏振成像效果和计算偏振对比度。仿真结果表明,当超透镜数值孔径为0.21时,正交线偏振光聚焦效率分别为80.5%和80.8%,最大偏振对比度为13dB。

利用双线偏振雷达识别冰雹区方法初探

本文根据雨滴谱和散射函数推导出了双线偏振雷达识别冰雹区的冰雹参量——H_(DR);利用降雹过程的雷达资料和地面降雹的实况报告,分析了冰雹云的雷达等高显示CAPPI的Z_(DR)分布规律,并分析了H_(DR)与地面降雹的关系。初步结果表明:双线偏振雷达可以更好地识别冰雹区。这一工作在降水物理研究、人工防雹作业指挥及灾情估计等方面均有实用价值。

532nm和808nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱与膀胱癌组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理 ,以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 5 32nm和80 8nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱和膀胱癌组织的光学特性 .结果表明 :膀胱癌组织对同一波长的激光或其线偏振激光的衰减明显较正常膀胱组织的要大 ,膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光的衰减均较其线偏振激光的要略大一些 .膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光及其线偏振激光的衰减明显较正常膀胱组织的要大 .正常膀胱或膀胱癌组织对同一波长的激光及其线偏振激光的折射率均没有明显的差异 ,膀胱癌组织对 5 32nm和80 8nm激光的折射率比正常膀胱的明显要大 .Kubelka Munk二流模型下 ,两种组织对同一波长的激光或其线偏振激光的光学特性均有显著性差异 (P <0 0 1) .同一组织对不同波长的激光及其线偏振激光的光学特性也有显著性差异 (P <0 0 1) ,正常膀胱组织对同一波长的激光及其线偏振激光的光学性有明显差异 ,而膀胱癌组织对同一波长的激光及其线偏振激光的光学特性则没有明显差异 .膀胱癌组织对 5 32nm和 80 8nm激光及其线偏振激光的前向散射通量i (x)、后向散射通量 j (x)、总散射通量I (x)的衰减均较正常膀胱组织的明显要大得多 ,且其i (x)均明显较j (x)

我国双线偏振雷达探测理论及应用研究

在１９８４～１９９５年期间，中国科学院兰州高原大气物理研究所研制完成了我国第一部Ｃ波段双线偏振雷达系统，并首先在国内开展了双线偏振雷达探测理论及应用研究，取得了一些成果。

双线偏振雷达测雨效果的对比分析

本文根据１９９３、１９９４年１５次展状云和１２次对流云降雨过程的地面降雨资料和Ｃ波段双线偏振雷达资料，对双线偏振雷达和普通雷达测量不同强度降雨的效果进行了评估和比较。结果表明，从相对误差来看，双线偏振雷达使普通雷达的小雨高估、大雨低估的测量误差趋势减弱，它对小到中雨的测量结果优于普通雷达。双线偏振雷达大雨高估的现象可能与强对流性降雨中冰相粒子的存在有关。

X波段双线偏振气象雷达反射率的衰减订正

X波段天气雷达的强衰减是影响其探测精度与应用推广的主要问题。本文旨在寻求适用于降水过程中对X波段双偏振雷达进行衰减订正的一种方法。在订正前先对雷达数据进行了质量控制和预处理;在分析了国内外已有订正方法的基础上,选择并改进了自适应约束算法作为雷达反射率进行衰减订正的方法;最后进行方法的效果验证。既对衰减订正前后反射率与同时段S波段雷达反射率作对比,又对偏振参数KDP～ZH、AH～ZH之间关系的变化进行分析,不仅如此,还直接与地面降水实况作比较等。分析表明,对X波段双线偏振雷达进行反射率衰减订正后的效果显著优于订正前,特别是,当存在较大范围(含对流型)降雨时,采用此种订正方法可以明显提高降水的估测精度。

基于X波段双线偏振天气雷达的雷暴云粒子识别

为了进一步认识雷暴云中影响起电的主要水成物类型,联合714XDP天气雷达观测到的偏振参量(Z_H、Z_(DR)、K_(DP)和p_(HV)),在利用模糊逻辑方法的基础上引入温度(T),对中国西北地区夏季雷暴云中的水成物类型进行识别,将水成物分为11种。参考S和C波段及少量的X波段偏振雷达的粒子识别研究,得到11种粒子对应的各偏振参量阈值。分析了2007年7月24日的一次观测过程几个时刻的偏振参量、地面电场、放电频数及识别结果,并与利用三维雷暴云动力电耦合数值模式模拟出来的粒子分布结果做了对比。结果表明,选取的偏振参量阈值基本合理,采用的模糊逻辑方法能有效、合理地识别出雷暴云内水成物的相态和分布,而且利用K_(DP)可以大致判断云内电荷区。

用双线偏振雷达研究云内粒子相态及尺度的空间分布

本文用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达站的Ｃ波段双线偏振雷达的层状云、对流云的观测资料，结合不同粒子的生长规律及对Ｃ波段雷达波的散射特性的研究，用ＺＤＲ参量系统分析并解释了层状云、对流云内粒子相态及尺度的空间分布规律。从中发现：在发展旺盛的对流云中ＺＤＲ＞３．０ｄＢ的区域经常会延伸到４ｋｍ以上，这些区域可能存在过冷水滴和扁状冰相粒子，而这些粒子的存在与对流云的发展有一定的关系。零度层以下层状云ＺＤＲ的突增和实减反映了冰相粒子融化形成大雨滴然后大雨滴破碎的规律。冰雹云中负的ＺＤＲ与冰雹的取向和尺度有关。这一工作代表了中国双线偏振雷达最新研究成果，它证明了双线偏振雷达在研究云微物理机制方面优于普通雷达，双线偏振雷达为研究云的发展机制、人工影响天气指挥及效果检验提供了新的手段，这一结果也为该技术在中国的推广提供了有利的依据。

模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究

根据不同相态降水粒子的散射和空间取向等特征建立了基本形式为不对称的T型函数的模糊逻辑识别的隶属函数,完善了该识别方法的流程,并利用美国KOUN雷达的观测资料,详细讨论了利用双线偏振雷达观测资料识别降水粒子相态的方法,并对其在实际业务运用中的合理性和可行性进行分析探讨。通过分析,作者认为:(1)利用模糊逻辑方法处理双线偏振雷达测量到的偏振参数,可以识别降水区域的降水粒子相态,反映降水区域的相态结构,识别的结果基本合理,但还需要资料作进一步的研究。(2)从实际资料的分析结果来看,虽然利用模糊逻辑法识别降水粒子相态得到的结果比较粗,没有明确的数据特征值,但是它基本上能反映各种降水粒子的相态结构,其识别的结果对目前日常的天气预报参考和人工影响天气的作业指挥和效果评估来说还是符合可用的。为中国国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助。(3)根据有限的观测资料分析表明,降水区域中出现60dBZ以上的回波强度,并不一定就会出现冰雹,还有可能是大粒子的液态降水。综合考虑双线偏振雷达的测量参数,可以得到更合理的结果。

双线偏振雷达降雨估测分析

本文提出排序配对逼近法来拟合１９９３—１９９４年１３１４次雷达和雨量计的取样资料，这样既弥补了线性回归法的不足，又提高了区域降水估测的精度。由误差分析知道：估测１０００ｋｍ２以上区域的降水时，对双线偏振雷达而言，其估测精度将极有可能降低到１０％以下且比常规雷达有明显改善；双线偏振雷达的两种估测公式之间差异不大；按降水强弱分型处理可提高常规雷达估测精度。

双线偏振雷达资料在数值模式中的应用:模拟器的构建

基于Rayleigh-Gans散射原理构造一个S波段双线偏振雷达模拟器。模拟器考虑了云冰、雪、雨和雹4种水凝物,以水凝物的混合比和数浓度以及水凝物粒子的轴比、相对介电常数、下落倾角为输入量,计算得到水平/垂直偏振反射率因子、差分反射率、比差分相位等偏振量。通过二维理想飑线模拟的试验结果表明,模拟器合理地再现了二维理想飑线系统成熟期的主要偏振特征:雹的反射率较高,差分反射率较低(又称Zdr洞);对流云区的Zdr柱;层云区的反射率和比差分相位的0℃层亮带特征;雨滴反射率与差分反射率因子的"雨线"统计特征。利用该模拟器建立了模式变量和偏振雷达观测的联系,有助于未来将偏振雷达观测资料应用于模式预报效果评估及对流尺度资料同化等方面的研究和应用。

移动X波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位数据质量控制

针对移动X波段双线偏振多普勒天气雷达,提出了一套差分相位数据质量控制算法,包括地物杂波抑制、退折叠、初始差分相位调整和滤波等,然后利用2个个例分析了这种差分相位数据质量控制算法的效果。结果表明,该算法能有效地识别和消除差分相位数据中的地物杂波、退掉折叠的相位和滤除正常的随机差分相位波动。