高重频激光对测距机干扰试验研究

高重频激光干扰是对脉冲式激光测距机的一种有效干扰手段,为探究高重频激光对测距机干扰效能的影响因素及规律,开展相关的理论分析与试验研究。试验研究了干扰激光的功率、重复频率及干扰距离对测距机干扰效能的影响。结果表明:存在一个与干扰激光频率相关的最小干扰距离,干扰激光的重复频率越高,最小干扰距离越小,有效干扰距离范围越大。当实际干扰距离大于最小干扰距离时,若干扰激光的功率不足,则无干扰效果;干扰成功后继续增大干扰激光功率,则被干扰后测距结果会趋于正态分布,且干扰激光功率越高,测距结果正态分布中心越趋近于最小干扰距离,但受干扰的测距结果最小值会始终分布于测距机盲区附近。

高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究

为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1~50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间t_(ot)为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。

高重频纳秒脉冲激光光子推进冲量特性研究

随着激光推进技术的发展,激光辐照光压推进技术成为深空探测的推进技术热点。目前激光光子推进以连续激光远距离传输辐照光压推进为主,而短脉冲激光具有峰值功率高的优势,因此,提出了一种纳秒高重频脉冲激光光子推进技术。利用扭摆微冲量测量装置研究了高重频纳秒脉冲激光光子推进的冲量特性。实验中谐振腔输出的激光波长为1064 nm,脉宽为160 ns,重频为10 kHz。输出耦合镜采用反射率为90%的反射镜,实验过程中腔内对应的激光功率范围为144 W~414 W。对于采集的扭摆原始数据采用局部滑动拟合方法,较好实现了数据的平滑降噪处理。实验结果表明,光压冲量随输出激光功率的增加呈线性增加。通过进一步计算,分别获得了单脉冲激光对应的光压冲量和脉冲时间内的平均光压推力。研究成果为空间推进中的激光辐照光压推进技术的发展提供了技术参考。

高重频激光对多激光制导武器干扰机理研究

本文基于仿真计算方法,研究高重频激光对多激光制导武器的干扰机理。发现重复频率与波门宽度是影响总干扰有效概率的主要因素,干扰反应时间与激光制导信号样式对总干扰有效概率的影响较小,重复频率取整数值则会增大干扰有效概率的不确定性。针对性提出了“一对多”干扰、提前干扰、重复频率避免取整数等改进措施,研究结论可为提升高重频激光对多激光制导武器干扰效果提供参考。

高重频大能量1.6μm波段全固态激光的研究进展(特邀)

1.6μm附近波段激光不仅属于人眼安全波段,而且处于大气传输窗口,不仅如此,高重频、大能量的1.6μm附近波段激光还可携带高分辨率、大数据量的信息远距离传输。近年来随着晶体制备和镜片镀膜工艺的提高,通过直接泵浦增益介质和频率转换技术获得1.6μm附近波段的激光在重复频率、能量和光束质量等方面都得到了很大进展。首先,介绍了直接泵浦掺Er3+晶体、受激拉曼频移和光参量振荡产生1.6μm附近波段激光的原理和研究进展;其次,总结了三种方案在获得1.6μm附近波段激光的优点和缺点;最后,分析了它们在获得高重频、大能量1.6μm附近波段激光的应用前景。针对光参量振荡输出激光光束质量较差的问题,文中进行分析并给出相应解决方法,最后对通过光参量振荡获得较好光束质量、高重频、大能量1.6μm附近波段激光的发展前景进行了展望。

无载波高重频电磁脉冲对电子侦察设备干扰机理分析

电子侦察设备具有极高的信息获取能力,特别是战场感知能力,被广泛应用在各种领域。为提高被侦察装备侦测的目标的生存概率,研究简单、快速、隐蔽性好、高效的电子千扰方法,进而使我方被侦测目标(直升机、运输机、歼击机、无人机、舰艇等)在战场复杂电磁环境中获得有效保护,具有重要意义。高功率、高重频电磁脉冲干扰作为一种新型电子干扰方式,具有一机多用、反应快速、干扰机理先进等优势,与传统的电子干扰方式相比各有自身的优势与特点,可彼此相结合,技术互补,提高电子干扰能力,增强我方被侦测目标战场生存力。通过数值建模仿真,对电磁脉冲对电子侦察设备的干扰机理进行分析。

无载波高重频电磁脉冲对电子侦察设备干扰机理分析

电子侦察设备具有极高的信息获取能力,特别是战场感知能力,被广泛应用在军事领域。为提高被侦察装备侦测的目标的生存概率,研究简单、快速、隐蔽性好、高效的电子干扰方法,进而使我方被侦测目标(直升机、运输机、歼击机、无人机、舰艇等)在战场复杂电磁环境中获得有效保护,具有重要意义。高功率、高重频电磁脉冲干扰作为一种新型电子干扰方式,具有一机多用、反应快速、干扰机理先进等优势,与传统的电子干扰方式相比各有优势与特点,可彼此相结合,技术互补,提高电子干扰能力,增强我方被侦测目标的战场生存力。通过数值建模仿真,对电磁脉冲对电子侦察设备的干扰机理进行分析。

kV/MHz高重频可重构脉冲产生技术研究

针对当前超快脉冲和超高重频脉冲产生技术需求,基于固态半导体开关技术和脉冲合成技术,提出了一种基于延时触发控制的高重频可重构脉冲产生方法,研制了kV/MHz高重频可重构脉冲源原理型装置。测试结果表明,该脉冲源能够稳定输出幅度为1 kV、重复频率1 MHz、前沿时间约700 ps的亚纳秒脉冲,通过精确调节各脉冲触发时间顺序还可灵活改变脉冲前沿、脉宽和波形等参数,并能实现1~50 MHz重复频率的参数调节,可有效满足电子对抗、超宽带探测及通信等行业领域的应用需求。

5.2 W高重频257 nm深紫外皮秒激光器

为了提高半导体检测用深紫外激光器的检测效率,需要搭建高功率、高重频257 nm深紫外皮秒激光器实验平台。本文以光子晶体光纤放大器和腔外四倍频结构为基础,进行了257 nm深紫外激光器的实验研究。种子源采用中心波长为1030 nm、脉冲宽度为50 ps的光纤激光器,输出功率为20 mW,重复频率为19.8 MHz。通过两级掺镱双包层(65μm/275μm)光子晶体光纤棒放大结构,获得了1030 nm高功率基频光。利用二倍频晶体LBO、四倍频晶体BBO,采用腔外倍频方式获得了257 nm深紫外激光。种子源通过两级光子晶体光纤放大器输出的1030 nm基频光,输出功率为86 W,经过激光聚焦系统后,倍频得到二次谐波515 nm激光输出功率为47.5 W,四次谐波257 nm深紫外激光输出功率为5.2 W,四次谐波转换效率为6.05%。实验结果表明,该结构可获得高功率257 nm深紫外激光输出,为提高半导体检测用激光器的检测效率提供了新思路。

高重频激光对激光半主动制导导弹干扰效能仿真分析

对抗激光半主动制导导弹,高重频激光干扰是一种有效手段。为分析高重频激光对采取不同脉冲录取技术的导弹的干扰效能,建立了高重频激光干扰效能模型。分别对导引头波门首次干扰成功的概率、第二次干扰成功的概率以及将目标指示信号诱偏出波门所需干扰次数进行了仿真模拟,研究了高重频激光重复频率、波门宽度等因素对干扰效能的影响。仿真结果表明,对采取首(末)脉冲录取技术的导弹,干扰重复频率越高,波门宽度越宽,干扰成功的概率越高,将目标指示信号诱偏出波门所需的次数越少。对采取最优时序脉冲录取技术的导弹,首次干扰时,干扰重复频率越高,波门宽度越宽,干扰成功的概率越高;在首次干扰成功的条件下,第二次干扰成功的概率随干扰激光重复频率的增长而趋于平缓;并且将目标指示信号诱偏出波门所需的最佳干扰频率位于波门宽度倒数附近。研究成果可为装备研制及作战运用提供参考。

一种高重频废束桶束窗的设计及热结构分析

深圳中能高重频X射线自由电子激光(S3FEL)将建设成为全球唯一软X射线波段的高重频自由电子激光。废束桶是S3FEL装置的重要设备,在系统调束中发挥着重要作用。废束桶束窗是废束桶的重要组成部件,用于隔离和保护加速器超高真空环境。本文对几种常用的废束桶束窗材料进行了对比分析,最终选择铍作为束窗的材料,并依此设计了一种带有水冷结构的束窗。通过蒙特卡罗方法计算得到不同厚度束窗的沉积功率,采用有限元分析方法对不同厚度的束窗进行热结构计算与分析,得到厚度为1.6 mm的水冷铍窗效果最佳,其最大温度为121.6℃,低真空为1 Pa时的最大应力与中心变形分别为198.7 MPa和0.00082 mm,低真空为101325 Pa时的最大应力与中心变形分别为204.2 MPa和0.097 mm,结果均满足使用要求。此研究为S3FEL的废束桶束窗设计提供了重要的理论依据。

一种高重频极化雷达的慢速目标检测方法研究

提出一种适用于高重频极化雷达的慢速目标检测方法。雷达采用高重频跟踪波形,利用变初相和收发极化切换的方式,实现对因距离模糊而落入近区强杂波段内的慢速目标的检测。基于高重频波形下目标与近区杂波距离模糊个数的差异,通过改变发射脉冲的初相和收发天线的极化方式,一方面改变回波中目标的等效多普勒频率,另一方面利用收发极化正交有效抑制近区杂波,减少自动增益控制对模糊在近区杂波段目标的衰减,最后完成目标与杂波在多普勒维的分辨,并通过计算机仿真进行验证。

高重频激光对激光制导武器的干扰机理分析

为了研究高重频激光对激光制导武器的干扰机理,根据高重频激光干扰原理,建立了半主动激光制导导引头编码识别模型、时间波门模型、多信号处理模型和干扰信号调制处理模型等相关理论模型,提出了导引头干扰有效的3σ判定准则。在此基础上重点研究了多源干扰和信号调制特性对高重频激光干扰效果的影响,并进行了仿真系统测试。结果表明,多源干扰和干扰信号频率调制能够有效增强干扰效果,干扰信号幅值调制对干扰效果改善作用并不明显。该研究结果将为高重频激光干扰效果评估和高重频激光干扰系统应用提供理论参考。

高重频激光干扰模式的分析

在对抗激光半主动制导武器中,高重频激光干扰是一种有效的激光有源干扰技术。从高重频激光干扰的原理出发,通过对干扰重复频率与干扰效果之间关系的理论分析和数值计算,提出高重频激光干扰工作模式的概念,将其分为欺骗式干扰和压制式干扰两种工作模式,理清了以往对高重频激光干扰的认识,探讨了各种干扰模式的作用机理和工作特征,并对其工程实践的可行性进行了简单的论述。分析结果较好地解释了不同干扰重频范围对应不同干扰效果的原因。

基于雪崩三极管的高重频高稳定度脉冲源研究

基于雪崩三极管的脉冲源具有稳定度高、脉冲窄、上升时间短等优点,分析了雪崩三极管脉冲源稳定度的影响因素。采用适当的优化措施提高了稳定度指标,设计了高稳定度的雪崩三极管脉冲源,脉冲峰值电压1500V(50Ω负载),脉冲宽度1ns,上升时间200ps,具有很高的稳定度指标:短时抖动小于30ps,长时漂移小于100ps/min,峰值电压和脉冲宽度抖动小于1%。通过对改进脉冲电路的充电形式,实现了重复频率为60kHz的脉冲输出。

高重频Nd:YVO_4声光调Q与RTP电光调Q激光器实验对比分析

报道了相同实验条件下激光二极管端面抽运生长型复合Nd:YVO4晶体声光调Q和RTP电光调Q激光器。应用声光调Q和RTP电光调Q分别实现了最高重复频率200 k Hz和500 k Hz的TEM00模1 064 nm激光输出,输出平均功率分别达到12.13 W和13.56 W,脉冲宽度分别为16.65 ns和27.27 ns,并首次对比了两种调Q体制下的高重频激光输出特性。实验结果表明,RTP电光调Q具有更好的高重频关断能力,但由于受到高压驱动的限制,RTP电光调Q无法在更高重复频率下实现窄脉宽高峰值功率激光输出,而在更高重频下仍有较好输出性能的声光调Q将取代电光调Q成为几百千甚至上兆Hz高重频激光器的首选调Q机制。

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源(LTD)技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3kV,上升沿约7ns,脉宽约90ns,下降沿约20ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。

UWB冲激雷达全固态高重频脉冲源设计

超宽带（UWB）冲激雷达中脉冲源的峰值功率和重复频率是其主要指标，通常，气体开关源和油开关源拥有很高的峰值功率，但其稳定度指标很差，最大重频较低；全固态源拥有很好的稳定度指标和较高的重频，但其峰值功率较低。前期工作中利用相干合成技术对提高雪崩管全固态源脉冲源峰值功率进行了研究。在此基础上，本文利用相干合成技术对进一步提高雪崩管固态脉冲源的重频进行了研究，指出了脉冲源单元的高稳定度是合成的基础，分析了电路合成与空间合成两种相干合成的方式。最后，根据需要研制出了32单元的4路电路合成和8路空间合成的脉冲源，峰值功率0．2MW，重频可达300kHz，其脉宽抖动与峰值抖动均小于1％，峰值功率合成效率可达90％-95％．

53cm双筒望远镜高重频空间碎片激光测距系统

空间碎片的存在对在轨运行航天器的安全构成严重的威胁,同时空间碎片的不断产生对有限的轨道资源也将构成严重威胁。采用激光测距技术可实现空间碎片的实时高精度定轨,从而可有效规避其对航天器的撞击。为了开展高精度小尺寸空间碎片激光测距,研制了可快速平稳跟踪400 km以上空间目标的53 cm双筒望远镜,然后结合低功率高重频亚纳秒激光器和单光子探测技术,在该望远镜上研究和实现了空间碎片激光测距技术。结合激光测距方程,分析研究系统的空间碎片探测能力,当碎片距离为1 000 km时,能探测到回波光子的碎片最小尺寸约为478.5 cm。实际观测表明:该激光测距系统具有探测米级空间碎片(约1 000 km远)的能力。

1064nm高重频激光对可见光CCD探测器的干扰实验

分别采用1 064 nm连续激光、不同高重频激光对可见光CCD探测器进行了干扰实验,观察到CCD的串扰、饱和以及高重频激光作用时产生的横向亮线等一系列干扰现象。同时测量计算了各种干扰现象相应的激光功率,研究了阈值功率与重频之间的关系,进一步分析了高重频激光的干扰机理。实验表明:重频激光与连续激光具有不同的干扰现象,重频激光的干扰效果没有连续激光好,使CCD传感器发生全屏饱和、全屏灰屏所需要的阈值功率比连续激光要高。