超连续谱激光对可见光跟瞄设备干扰实验研究

激光对成像跟瞄设备的干扰效应研究是当前的一个热点,目前国内采用超连续谱激光对可见光成像跟瞄设备干扰的研究较少。本文主要采用白光光纤激光器产生超连续谱激光,对不同模式下的可见光成像跟瞄设备开展辐照实验,得到了不同工作模式下跟瞄设备探测器干扰阈值数据,通过拟合得到了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系式,并对跟瞄设备不同工作模式下的实验结果进行了分析比较。实验结果对超连续谱激光干扰装备的论证、设计具有一定的参考意义。

利用超连续谱激光实现自由空间光通信

超连续谱光源具有丰富的带宽,是信号载体的优秀候选者。设计并搭建了利用超连续谱光源的空间无线光通信系统,讨论了超连续谱产生的条件以及输出光斑直径不同位置下的光谱。采用了电光调制方式对超连续谱光源进行调制,通过比较输入与输出的数字方波信号证明了电光调制进行超连续谱空间光通信的可行性。成功利用该系统演示了对原始图像信号的采集和显示,最后通过对接收端信号的整形放大恢复出了原始信号,实现了图像信号在4 m范围内的传输。实验结果表明:将超连续谱作为光信号载体,在空间大气信道条件下可以实现对图像信号进行无线传输。

可调谐激光和超连续谱激光的CO2测量对比研究

光谱测量技术具有测量范围广、探测灵敏度高、快速便捷等特点,被广泛应用于多种气体检测领域。基于直接吸收光谱(DAS)技术,设计并搭建了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)测量系统和超连续谱激光吸收光谱(SCLAS)检测系统,分别利用中心波长为1430 nm的可调谐激光和1429 nm^1435 nm的超连续谱激光(SCL)作为光源,在常温(296 K)常压(1 atm)条件下,对模拟的燃气道中5.0%、6.3%、7.0%、7.9%、9.2%和9.8%的CO2进行对比研究,得到TDLAS技术和SCLAS技术浓度测量的标准差分别为2.84995×10^-5和9.47349×10^-7,最大相对误差分别为3.00%和2.03%,系统检测限分别为0.53×10^-6和10.30×10^-4。对比研究结果表明:SCLAS技术较TDLAS技术更能准确测量出待测气体浓度,而TDLAS技术灵敏度更高,可检测出燃气道内低浓度待测气体,研究结果可为工业烟道内CO2及其它痕量气体的检测提供重要参考。

超连续谱激光干扰多色CCD探测器建模仿真研究

结合超连续谱激光器光谱辐射特性及多色CCD信号传递转换机理,建立了激光干扰多色CCD成像仿真模型。依据多色CCD工作原理,理论分析了饱和串扰信号转移规律;根据多色CCD结构,借助光学专业设计软件实现CCD像面激光能量空间分布特性研究;综合考虑饱和串扰信号转移规律及CCD像面激光能量空间分布,建立了超连续谱激光干扰单色CCD饱和串扰效应仿真模型,在此基础上结合多色CCD成像多色可视化原理,实现超连续激光干扰多色CCD输出图像仿真。最后,引入图像质量评价因子,研究了不同激光能量对多色CCD输出图像质量的影响。实验结果表明:激光功率密度是激光干扰效果的重要影响因子,随着激光能量增大,多色CCD输出图像质量下降。

超连续谱激光-单色仪在偏振遥感器定标中的影响因素分析

偏振遥感器的相对光谱响应度和带内光谱响应非一致性是遥感器实验室定标的基本参数。文中利用新型的超连续谱激光作为单色仪的前置照明光源,搭建了一套基于超连续谱激光-单色仪的细分光谱扫描定标装置,可用于偏振遥感器的相对光谱响应度定标。实验中以490、670、910 nm三个偏振通道作为例,分别在单色仪直接输出光和单色光导入积分球两种状态下,得到通道式偏振遥感器的相对光谱响应度结果,并对两种状态下定标光源的偏振特性进行了测量。实验结果表明,单色仪直接输出光模式下,光源存在明显的偏振度和偏振方位角变化,三个偏振通道的带内光谱响应非一致性分别为0.91%、4.25%和1.06%;而在单色光导入积分球后,光源的偏振度明显降低,此时带内光谱响应非一致性结果分别为0.15%、0.47%和0.57%,说明消偏后的光源能有效适用偏振遥感器的光谱响应度定标,基于超连续谱激光-单色仪的系统级定标装置在偏振遥感器的定标中具有广泛应用前景。

超连续谱激光光束质量评价及提升方法

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手:一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。

超连续谱激光在湍流大气中传输特性的数值仿真研究

采用多层相位屏的数值仿真方法,综合考虑大气衰减效应和湍流效应,研究了不同湍流强度和不同源相干度条件下超连续谱激光的光束扩展、光斑漂移以及闪烁特性,并对比分析了超连续谱激光传输与单色激光传输特性的差异.结果表明:湍流越强或源相干度越好,超连续谱激光的相对光束扩展越严重;湍流愈强,光斑漂移愈严重,但不同源相干度的超连续谱激光的质心漂移方差几乎相等;降低超连续谱激光的源相干度可以在一定程度上减弱光强起伏的闪烁效应,并降低闪烁指数对离轴距离的依赖性;与单色激光相比,湍流对超连续谱激光的光束扩展以及闪烁效应影响较弱,而质心漂移效应两者差异不明显.单色激光大气传输的数值仿真结果与理论解析结果基本吻合,在一定程度上说明了数值仿真过程的可靠性.该研究不仅提出了一种获得超连续谱激光大气传输特性规律的有效仿真手段,而且为超连续谱激光传输的工程应用提供参考.

超连续谱激光可见谱段致人眼眩目效应研究

本文采用超连续谱激光光源滤除其红外部分仅输出可见谱段部分,在不超过国家安全标准允许的最大辐照量条件下,以正入射方式照射人眼后,记录并分析在明、暗适应条件下中心极限视力恢复时间、中心近极限视力恢复时间和视觉后像持续时间,明确超连续谱激光可见谱段对人眼的眩目效果。明适应下激光照射0.1 s导致人眼中心极限视力恢复时间为31~119 s,中心近极限视力恢复时间为19~76 s;暗适应下激光照射0.1 s导致人眼中心极限视力恢复时间为26~223 s,中心近极限视力恢复时间为13~123 s;明、暗适应下导致人眼眩目效应的最小功率密度值分别为0.055 mW/cm^2和0.005 mW/cm^2。结果表明,超连续谱激光可见谱段对人眼有良好的眩目效果,可导致数十秒至数百秒的中心视力下降,随着照射功率密度增高,眩目效应增强,显示出较好的量效关系,且相同功率密度时暗适应下人眼的眩目效果优于明适应。该研究探究了明、暗适应条件下超连续谱激光对人眼眩目效应,明确了超连续谱激光与人眼眩目的量效关系。

不同背景下超连续谱激光对成像系统的干扰

超连续谱激光辐照可见光成像系统的干扰效应研究具有广泛的应用前景。针对超连续谱激光干扰效应,开展了不同辐亮度背景下超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验研究。采用白光光纤激光器产生超连续谱干扰源,搭建了超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验系统,得到不同辐亮度下探测器的干扰阈值数据,建立了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系模型,并对干扰阈值数据进行分析。结果表明,探测器饱和像元数与干扰激光功率密度近似呈线性对数关系,在低辐亮度背景下可见光成像系统更易受到干扰。实验结果对超连续谱激光干扰装备的设计、论证及作战使用具有一定的参考意义。

高功率全光纤中红外超连续谱激光源

报道了一个高功率全光纤结构的中红外超连续谱激光源,该光源由1.55μm纳秒脉冲掺铒光纤激光器、包层抽运掺铥光纤放大器以及单模ZBLAN光纤组成。首先利用单模光纤将1.55μm纳秒脉冲激光频移至2.0μm波段,然后利用掺铥光纤放大器对其进行功率放大,最后利用ZBLAN光纤使掺铥光纤放大器输出的光谱进一步向中红外长波长方向扩展。当掺铥光纤放大器输出功率为3.95W时,ZBLAN光纤产生了2.2W的中红外超连续谱激光输出,相应的光谱范围为1.9~3.75μm,10dB光谱带宽大于1600nm。此外,通过增加掺铥光纤放大器的平均输出功率,中红外超连续谱的输出功率得到了进一步提高,当耦合进单模ZBLAN光纤的平均功率为21W时,中红外超连续谱的平均输出功率达到了16.2W,相应的光谱范围为1.9~3.5μm。

光纤放大器中实现714W可见光至近红外超连续谱激光输出

超连续谱激光具有宽光谱和高亮度的特性,被广泛应用于光学相干断层扫描、生物光学、光谱检测等领域。目前,产生可见光至近红外波段超连续谱的常用方案是利用脉冲光纤激光器泵浦光子晶体光纤。利用该方案,2018年,中国工程物理研究院报道了563 W的高功率超连续谱激光,输出光谱范围为665~1750nm。在该方案中,高功率皮秒脉冲光纤激光器输出尾纤(纤芯直径约为20μm)与光子晶体光纤(纤芯直径约为5μm)之间较大的模场失配以及光子晶体光纤较小的纤芯直径是制约输出超连续谱功率提升的主要原因。

超连续谱激光:超乎寻常的新型光源

在光学领域,激光具有亮度高、单色性好、方向性强等特点,被誉为“最亮的光、最快的刀、最准的尺”。它的广泛应用,带来一系列创新创造,推动了人类科学进步和经济社会发展。激光诞生十年后的1970年,一种新的激光光源--超连续谱激光横空出世。它与一般的单色性(窄谱)普通激光不同,是一种具有极宽光谱的多色激光。其光谱宽度在100纳米以上,甚至可达上万纳米。

超连续谱飞秒激光对多通道相机辐照效应研究

利用超连续谱飞秒激光对多通道相机进行辐照实验,获得了超连续谱飞秒激光对多通道相机不同通道的作用效果,通过对多通道相机的工作原理研究,并对比超连续谱飞秒激光与单波长激光对多通道相机的作用效果,结果表明,超连续谱飞秒激光的作用效果要明显优于单波长激光的作用效果。

基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论与实验可行性研究

将超连续谱光纤激光器引入到相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,以解决当前相干反斯托克斯拉曼散射成像系统造价昂贵、体积庞大的问题。首先分析了基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论及其影响因素;接着搭建了一套基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,并进行了成像性能测试。在物镜、功率、浓度等不同影响因素的情况下,系统测试的实验结果与数值仿真结果具有高度一致性,验证了基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论与实验的可行性。

智能型多功能激光防护镜与自动探测告警复合装置

设计研制智能型多功能激光防护镜与自动探测告警一体化复合装置,主要用于各类激光辐射人眼损伤的防护和预警。对防护镜和探测告警系统及智能化复合防护技术进行研究和性能测试,利用防护镜与告警装置的信号互联和联动作用,使防护镜双镜复合,并发出告警信号。结果表明,当激光防护告警复合装置探测到激光入侵时均能以不同方式发出各种告警信号和复合防护响应,包括不同颜色灯光闪烁、音响和振动告警,驱使两个防护镜单元镜组复合,对532 nm、1064 nm、470 nm、808 nm和700~2000 nm特定波长激光和超连续谱激光进行有效防护,可通过无线信号互联实现集群联动告警和防护。该激光防护镜与探测告警复合装置具有智能化、模块化、多功能集成的特点,各项性能符合设计要求。

超高分辨光学相干层析成像技术与材料检测应用

本文报道了一种超高分辨率谱域光学相干层析成像(SD-OCT)系统.该系统基于超连续谱激光光源并截取部分光谱作为宽带光源,其中心波长为665 nm,光谱半高全宽(FWHM)230 nm.系统轴向分辨率0.9μm,轴向扫描速率28600行/秒,横向分辨率3.9μm,横向视场1 mm,最大成像深度0.6 mm(空气中).利用研制的超高分辨率SD-OCT系统,对不同型号的工业砂纸精细结构进行了成像,并与普通SD-OCT的成像结果进行对比,充分展示了研制系统在材料无损检测中优势.

激光雷达监测海面溢油遥感理论

超连续谱激光在保持激光原有的高能量密度和良好的方向性的基础上,还具有较宽测量谱段的特点,因此与传统的被动式遥感方式相比,超连续谱激光雷达具有很多独特的优势。在海面溢油探测领域,对溢油事故的发生进行及时而准确的监测是十分重要的,当前采用的遥感探测技术均存在各种缺陷,而超连续谱激光雷达能够在夜晚和白天持续工作,且由于探测信号为回波信号,因此能够实现较大的探测距离和较高的遥感精度。本文主要从海面溢油监测现状、大气对激光传输的影响以及海面溢油高光谱遥感原理入手,对激光雷达海面溢油遥感理论进行了介绍。

飞秒激光成丝过程中由等离子体光栅引起的超连续谱增强与转移

在飞秒宽带激光脉冲成丝过程中,由于双光束干涉效应而形成的空间等离子体光栅,研究了空气中飞秒宽带激光脉冲成丝所产生的超连续谱增强效应,并进一步观测到泵浦光脉冲成丝产生的超连续谱能量向较弱的未成丝的探测光脉冲转移,有效拓展探测光脉冲带宽的新现象.通过基于布拉格衍射特性的理论计算较好地解释了实验结果.

霓虹的重现及其偏振和干涉研究

本文基于2021年全国大学生物理竞赛(创新赛)的命题之一“霓虹现象的设计与重现”,设计了一种基于超连续谱激光器的霓虹重现方案,得到了很好的实验效果.相比已报道的霓虹实验,本文的方案既能呈现清晰的霓虹现象,又能定量测量霓虹的偏振和干涉等波动光学特性.本实验从生活中常见的物理现象出发,契合大学物理教学中的波动光学内容,是一个集趣味性和探究性一体的课题物理实验教学案例.

基于三维定位技术的水文地质测绘方法研究

在现有的水文地质测绘方法研究工作中,缺乏三维(3D)定位技术进行优化和改进;为此,文章首先提出一种基于雷达卫星和大数据平台的信息化水文地质测绘系统,其引入了超连续谱激光高光谱(SCLaHS)雷达系统在中高空通过激光扫描水文地质进行成像,其3D定位算法由全球导航卫星系统(GNSS)阴影匹配与3D地图辅助测距的集成,分别单独的计算3D地图测距和阴影匹配位置解,然后使用方向相关加权进行组合;实验结果表明,该算法的定位精度提高了许多,使用基于协方差的加权获得的平均精度值提高10%,保证了测绘点覆盖率更加有效。