基于超表面的太赫兹与中长波红外高效分光器件

多模复合成像技术结合了不同传感器的优势,具有图像质量高、信息获取能力强、目标检测和识别能力高、对复杂环境的强适应能力、系统的稳定性和鲁棒性高等优点.其中,太赫兹和红外复合成像技术结合了太赫兹波段和红外波段的特点,具有宽频谱覆盖、高分辨率、穿透性强的优点,有广阔的应用前景.作为共口径复合成像系统的关键器件之一的太赫兹和红外波段的高效分光器目前仍然缺少,性能亟待提升.本文提出了一种结构简单、性能高效的双层金属加介质基底结构二向色超表面.作为分光器件使用,当入射角度为45°时,其在中心频率1.1 THz附近实现大于97%的透射系数,在中波红外3—5μm和长波红外8—14μm波长范围均实现大于98%的反射系数.该设计对层间结构错位、结构倒圆角、小倍率缩放等结构失配和加工误差都具有很好的鲁棒性,并且具有偏振不敏感特性.而当入射角度在0°—60°内变化时,器件依然保持优异的分光特性.基于巴比涅定理和等效电路模型,对该超表面的电磁响应特性进行理论分析,分析结果与模拟仿真结果相吻合.该研究结果证明了超表面作为分光器件应用于太赫兹与红外波段的多波长复合成像系统中的可行性,并为未来新型复合成像探测技术的研究提供了支撑.

红外双色测温光学系统误差分析

红外双色测温法由于具有不干扰温场、响应速度快等优点,被广泛应用在冶金、电力和电子等工业行业。目前红外双色测温系统采用的双通道光学系统中,采用光轴一致原则。基于双通道红外双色测温系统,分析了分色镜对主光路光轴的影响,结果表明:分色镜会使主光路光轴产生偏移,并影响成像效果。使用Zemax软件分别进行仿真验证和搭建光学平台进行实验验证,结果表明:分色镜会使主光路光轴偏移,且在探测器面积较小时,对光学系统产生的影响不可忽略。

一种多波长多编码合束输出的新型激光源研究

为了模拟复杂条件下的激光威胁源,设计了一种基于多波长多编码合束输出的新型激光产生装置,用于检测相应的激光告警设备。采用3路波长分别为650 nm、808 nm和905 nm的激光,以STC8H单片机为核心构成编码模块,输出调制后的编码激光,通过二向分色镜将3路激光光束合成一束出射,进行了理论分析和实验验证。结果表明,合束的脉冲激光能量最高达到2.45 mJ,光束直径为6 mm,频率调制精度达到0.5 Hz,占空比调制精度达到0.1%;该装置能够实现携带不同编码信息的、不同波长的激光合束出射。该研究为激光告警设备提供了一种新的检测装置,对检测手段的改进有一定的参考意义。

基于双色镜光谱合成9.6 kW合成光源

通过光纤激光光谱合成技术,可以打破单个光纤激光器输出功率受非线性因素制约的限制,实现更高功率的激光输出。通过梳理光谱合成技术的发展历程并分析其现状,对其原理及优劣势进行分析,结合自身研究,设计了一款便携式3路合成系统,通过设计及优化光纤激光器的放大结构,严格把控参与合束的子束光源的质量,将1055、1070和1085 nm三路高功率窄线宽光纤激光进行合束,对合成系统中采用的双色镜进行研究,对其膜系指标进行严格的设计,对高陡度截止滤光膜的设计方法以及制备工艺进行分析,对其热损伤规律及控制技术进行研究,优化整个合成系统,最终实现合成功率9650 W的高功率激光输出,合成效率92%,光束质量M2为1.7,并对未来双色镜光谱合成进行了展望。

1318.8nm单一谱线Nd:YAG激光器

为有效抑制1064nm和1338nm谱线振荡,采用三色镜技术,实现了Nd∶YAG单一谱线1318.8nm激光准连续运转,抽运功率为2100W时,激光输出功率为122W,电光转换效率为5.8%,斜率效率为8.22%,激光输出功率不稳定度≤±5%,激光阈值功率约为500W。该激光系统结构简单,工作稳定,在激光医疗、国防安全等领域具有应用价值。

光谱合束二向色镜反射率及合束效率仿真研究

为了研究合束效率与二向色镜的反射性质之间的关系,通过建立多层膜系粗糙表面反射模型,采用模拟仿真的方法对用于光谱合束的大陡度二向色镜反射率曲线进行了计算分析,结合光纤激光器光谱曲线得到了合束效率的仿真结果。对不同角度二向色镜表面面形与反射率、合束效率的关系进行了分析,对二向色镜合束系统的稳定性进行了模拟讨论,并对二向色镜的部分参量提出了要求。结果表明,使用小角度二向色镜可以获得10kW以上的输出功率,合束效率达97%。这一结果对二向色镜参量的提高是有帮助的。

双二色镜腔的国产掺Yb^(3+)双包层光纤激光器

国产双包层光纤对泵浦光不能实现有效吸收,从而导致剩余泵光过多的现象,本文采用了双二色镜的腔结构,研究了国产D型内包层掺Yb3+双包层光纤激光器的输出特性,得到了无剩余泵光的激光脉冲输出,中心波长为1．076μm,平均功率为604 nw．

硝酸钠光学宝石二色镜研究

介绍一种利用硝酸钠晶体研制的新型宝石检测用二色镜．对其设计原理、结构和性能进行了详细的研究。

立方棱镜二向色分光膜消倍频反射峰的设计

立方棱镜二向色分光镜是实现多光谱共光路的重要器件。立方棱镜二向色分光镜因偏振效应而在高级次倍频处出现高反射峰,严重影响了短波区的透过率。利用虚设层概念,设计出了400 nm^900 nm波段高透过、1 064 nm激光波段高反射的立方棱镜二向色分光镜。给出了消除倍频反射峰的有效方法,并成功制作出光学性能优良的样品。采用这种设计方法获得的膜系结构简单,膜层数量少,材料选择广泛,对工艺要求简单,便于工艺实现,可重复性好。

MD投影机中的光学元器件(三)——二向色分光镜与二向色合色棱镜

二向色分光镜是MD投影机中的分色元件。在基板玻璃上镀有分光膜,白色光源照射在二向色分光镜上,部分波段的光反射,部分波段的光透射,因为波段不同,所以在两个方向上呈现不同的色光。这种二向色分光原理,在投影机光学引擎中得到应用。利用两个二向色分光镜,分别镀有两种不同的分光膜,将白色光分解为R、G、B三基色光。也可利用二向色分光原理做成合色棱镜,将三基色光合成后形成彩色图像。

高功率激光器的光谱合束技术研究

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。

基于二向色镜的高功率激光组束实验研究

开展了基于二向色镜的三路高功率激光组束实验研究,将中心波长分别为1059、1075、1090 nm的4 kW近单模光纤激光器进行组束,实现了11.34 kW的激光输出,组束效率超过95%。随着输出功率的提升,二向色镜温升越来越高,光束质量相较于子光束呈现逐步退化的趋势,当满功率时,组束激光在两个方向的光束质量分别为M^(2)x=2.941和M^(2)y=3.183。分析了影响组束效率和光束质量的原因,并对二向色镜基底厚度对光束质量的影响规律进行了实验研究,为进一步优化组束激光的光束质量提供重要参考。

光学器件性能参数对激光雷达探测气溶胶和云退偏比的影响

二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件,近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题,通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响,并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算,结果显示,常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化,在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言,输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化,532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量,在两种光学元件级联条件下,对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。

薄膜晶体管液晶投影仪中的偏振分色薄膜

介绍了用于薄膜晶体管液晶投影仪显示的偏振光分色系统，用多层光学薄膜实现了分色功能，并对薄膜的设计。

基于二向色镜密集光谱合束的高亮度半导体激光研究

相比常规的二向色镜激光合束,采用窄线宽半导体激光结合薄膜二向色镜进行的密集光谱合束,通道数量显著增多,可以实现高功率、高亮度的半导体激光输出。理论分析了薄膜二向色镜入射角度与中心波长、透过率之间的关系,结果表明:随着入射中心波长增大,入射角度逐渐变小,同时薄膜二向色镜的透射谱随之发生改变。对中心波长为969nm、976nm、981nm的3束半导体激光开展了密集光谱合束实验,实现了输出功率为311.9W、合束效率为95.88%、亮度为58.42MW/(cm^(2)·sr)、子束光谱间隔最大为7nm的合束激光输出,合束激光相比子束的光束质量退化率不大于1.06倍。

主被动锁模Nd∶YLF激光器

在脉冲抽运主动锁模Nd∶YLF激光器中 ,用倍频晶体CLBO和双色镜构成的非线性镜取代输出镜 ,实现了主被动锁模 ,与纯主动锁模相比 ,脉冲宽度压缩了 8倍 ,获得了

飞秒钛宝石激光器腔内双色镜反射相移的突变现象

研究了钛宝石激光器增益介质两端的两块双色镜的相移色散，发现反射相移在中心波长附近发生了突变，由此而造成反射相移色散在此点是不连续的，并对影响反射相移突变点的因素进行了详细的研究。