高功率激光辐照下光学天线的像质研究

离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环境,完成了激光加载下的瞬态热分析以及静力学分析,并得到离轴两反光学天线激光加载时间对波前劣化的影响关系。使用齐次坐标变换的方法求解离轴主次镜的刚体位移,具体分析了各项刚体位移随加载时间的变化情况。通过Zernike多项式拟合的方法完成了镜面的波面拟合,将拟合结果导入ZEMAX中,最终得到了该光学天线在平均功率为1 000 W,重频为0.2 Hz,入光直径为30 mm的激光加载300 s下的波前均方差为0.064 6λ。为了进一步验证模型的准确性,使用较低功率(10 W)激光进行原理等效实验,结果表明光学天线在激光加载下实际波像差与模型仿真结果基本相符,偏差小于7.93%,该方法可以有效评价离轴两反天线在高功率激光加载下的像质劣化情况。

基于笼屉结构的机载高能激光系统光学中舱温度适应性研究

相较于车载、舰载设备,机载设备受体积及工作环境的限制,发展较为缓慢。针对机载设备的轻小型化要求,系统采用“光路堆叠”思想,提出笼屉式分层结构,实现了系统体积的要求。因光学中舱中包含精跟踪及主激光支路,温度变化时各支路间的光轴一致性难以保证,导致跟踪目标发生偏移,主激光支路无法对目标进行精确打击,严重影响系统的工作。为解决上述问题,对光学中舱进行有限元仿真分析,研究光学中舱在20±5℃情况下各镜片的变形。对镜片变形中影响光轴偏折的刚体位移进行提取计算,计算出单个镜片的偏转角度。根据反射棱镜安装误差理论对各支路间的光轴偏移量进行计算,分析精跟踪支路与主激光支路光轴一致性偏差。经过仿真分析,系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为109.634μrad,俯仰偏差为132.952μrad。在实验室中进行25℃温度实验,结果表明,系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为104.019μrad,俯仰偏差为125.009μrad,与仿真结果误差分别为5.40%、6.35%,验证了仿真结果的合理性。

基于改进型Blinn遮蔽函数的目标材料表面可见光偏振反射研究

为了研究典型目标材料表面的可见光偏振反射特性,本文针对传统“V”型表面结构缺陷,引入改进Blinn型阴影遮蔽函数,综合考虑镜面反射、漫反射和体散射的影响,建立了典型目标材料表面偏振六参量双向反射分布函数模型。对不同材料(聚丙烯塑料板、99氧化铝陶瓷板、铁板、绿漆铝板)目标样板进行可见光600 nm波段的偏振特性测试实验,并采用遗传算法进行参数反演。实验与仿真结果表明:与传统“V”型遮蔽模型相比,在入射角为50°,相对方位角为180°,0°~60°观测角对目标材料表面偏振特性的影响中,聚丙烯塑料板模型精度提升最大,RMSE百分比提升了70.61%;在入射角为50°,观测角为50°,DoLP随90°~270°相对方位角变化的过程中,与另两种参考模型相比,本模型精度至少提升了24.73%,线偏振度最小均方根误差值仅为1.29%。对于本文使用材料而言,偏振特性取决于其复折射率的值,当入射角确定,观测角为0°~60°,相对方位角在0°~360°内时,n/k的比值越大,线偏振度峰值越大。在可见光波段,波长对线偏振度的影响不大。

空间光到单模多芯光纤耦合效率分析及影响因素研究

为了降低空间激光通信系统中空间光到单模光纤的对准难度,采用单模多芯光纤对信号光进行接收。以单模七芯光纤为例,建立了空间光耦合到单模多芯光纤的数学模型,分析了数值孔径对不同纤芯排列的七芯光纤耦合效率影响,结果表明:随着数值孔径的增加,七芯光纤的耦合效率先增加、后减小;纤芯呈正六边形排列较纤芯呈直线形排列的耦合效率高。比较了存在倾斜、离焦、随机角抖动情况下空间光到单模七芯和单模单芯光纤的耦合效率,结果发现:光纤发生横向偏移时,七芯光纤耦合效率呈周期性变化,当横向偏移量分别取值10μm,15μm和17μm时,多芯光纤平均耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤分别高出14.4%,39.6%,36.9%;当光纤轴向偏移0.1 mm时,七芯光纤的耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤耦合效率高约12.9%;当光纤随机抖动的幅度标准差为6μm时,七芯光纤的耦合效率比相同纤芯面积的单芯光纤耦合效率高约7%.由此可知,单模多芯光纤对倾斜、离焦和随机角抖动都有很好的抑制作用。

光空分多址式无线激光通信组网中空间光-光纤阵列耦合技术研究

为了满足建设低功耗、轻小型空间激光通信网络的需求,提出了基于逆向调制原理的光空分多址式无线激光通信组网方案。应用ZEMAX软件设计像方远心镜头,实现收发光束的逆向通信。通过离焦方法进行光斑扩展,提升空间光-光纤阵列的耦合效率,并用MATLAB软件进行仿真。结果表明:对于纤芯/包层/涂覆层直径为105μm/125μm/250μm的正六边形排列的光纤阵列,光斑半径从40μm增加到80μm,有效视场覆盖率提升25.6%,系统工作稳定性提升50%,光斑扩展有利于空间光-光纤阵列耦合的连续性和稳定性。

光纤激光相控阵技术的通信研究

提出了利用光纤激光相控阵技术组建全光组网的新方法。且远场栅瓣的存在不仅缩小了光束的扫描范围,还分走了大量主瓣的能量,缩短了通信距离。文中还提出了通过改变阵元间的间距来达到消除栅瓣的目的,完成了相应的仿真工作,并通过实验验证了利用相控阵技术进行通信的可行性。

1.7μm波段全光纤掺铥宽带光源实验研究

设计并实验实现了一种结构简单的1.7μm波段全光纤宽带光源。采用传统的线型腔结构,利用1565nm高功率半导体激光器泵浦一段单模掺铥光纤,获得了中心波长为1833nm的自发辐射光谱。由于色散补偿光纤在大于1.7μm波段有较大损耗,在腔内接入该光纤使自发辐射光谱的中心波长移动到1.7μm波段。其中,泵浦源由1565nm半导体激光器和最高输出功率33d Bm的铒镱共掺放大器组成。通过优化色散补偿光纤和掺铥光纤的长度,获得了宽带光源,其中心波长在1744nm,5d B谱宽87nm。为1.7μm光纤光源设计及研制提供参考。

多通道超声的双向单程伪距测量研究

超声波测距是一种非接触测量方式,在工业、交通等行业应用广泛。为提高超声波的测距量程,解决多通道在通道间距离较近时的串扰噪声问题,在不改变电声转换器与发射接收硬件电路前提下,将"双向单程伪距测量技术"应用到超声波测距系统中,利用双向单程测量替代了传统的反射式双程测距,通过无线串口通信进行测距主端与测距从端的时钟同步,提高测距量程,该技术还可消除系统自身的时钟同步误差。同时应用"时分多路复用"技术,通过无线电信号广播进行时隙分配,使任意时刻测距信道中只有单路处于工作状态,实现多通道近距离通道间隔下无串扰测量。实验结果表明,双向单程测量可以将反射测距量程提升1倍以上,探测精度优于1%。时分多路复用技术的引用,可以实现超声多通道近距离通道间隔下测量无串扰。

像差及湍流对90°空间光混频器性能的影响研究

光信号在大气湍流中发生畸变,畸变光信号经过有缺陷的光学天线和空间光混频器后,存在混频效率低及抖动的问题。针对空间输出型和单模输出型的90°空间光混频器,推导了带初级像差的90°空间光混频器模型,并研究了湍流对混频效率的影响。仿真结果表明,对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差、离焦、彗差和像散分别导致混频效率下降9.8%、0.6%、0.36%、0.02%和0.01%。对于单模输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、像散、离焦、彗差和球差分别导致混频效率下降14.11%、8.39%、6.35%、2.63%和1.13%。湍流强度Cn^(2)小于6.4×10^(-17)m^(-2/3)时,空间输出型比单模输出型混频器的混频效率高19%以上,在湍流强度Cn^(2)大于6.4×10^(-16)m^(-2/3)时,两者混频效率接近于0。最后设计加工了空间输出型和单模输出型90°混频器,并搭建性能测试平台。对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差和离焦导致混频效率下降52%、10%和6%;对于单模输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、像散和离焦导致混频效率下降65%、24%和11%,其他像差对混频效率没有影响。湍流对混频器性能影响的实验结果显示,空间输出型光混频器中频信号值的标准差为21.388,该值远低于单模输出型标准差247.442。

尖晶石LiMn2O4正极材料的研究进展

分析尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)正极材料的结构和充放电机理,并对常见的制备方法,如高温固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、熔盐燃烧法、水热合成法和液相无焰燃烧法等进行介绍。分析尖晶石LiMn2O4的容量衰减机理,指出在循环过程中,发生的Jahn-Teller效应、锰溶解歧化反应、氧缺陷和有机电解液分解等现象是制约商品化应用的瓶颈。对尖晶石LiMn2O4的改性策略进行总结归纳,元素掺杂、表面包覆、显微结构控制和合成工艺的优化,可提高整体循环性能。

2.07μm光纤激光在弱湍流条件下的传输特性研究

本文报道了一种2.07μm波段可调谐主动锁模光纤激光并在室内模拟大气湍流条件下进行传输特性研究。增益介质为1.5 m长的掺钬光纤,主动锁模通过LiNbO3强度调制器在腔内引入周期强度调制实现。腔内引入非线性偏振旋转效应实现波长2058.4nm^2078.6nm可调谐。实验获得了稳定的基频锁模脉冲和10阶,24阶,48阶谐波锁模脉冲,对应频谱信噪比为66.79 dB、61.37 dB、54.82 dB和49.66 dB。锁模脉冲经过数字调制后在实验室内大气湍流模拟池中进行传输,分别获得了?T为70℃,140℃和210℃时三种湍流强度和背对背条件下的眼图;与背对背条件相比,在?T=210℃时光信噪比降低了9.14 dB。

长大隧道洞口风道式通风相关问题数值模拟研究

对于长大铁路隧道洞口紧急救援站,采用隧道洞口风道式的通风方式,避免了将风机直接暴露在隧道内,降低了由于风机运行给隧道运营带来的风险。以某长大隧道为例,利用CFD数值模拟对洞口风道式通风相关问题展开研究,得到洞口风道双侧送风具有较好的通风效果。进一步对双侧送风的研究表明,风道间距为2倍隧道正洞当量直径时,隧道洞口送风速度较大、速度不均匀系数较小。

基于太阳能电池板的无线光通信与传能复合系统实验研究

为明确光载波无线传输系统中,复合传输相比单独传输的优越性,实验对比了单独传能、单独通信、复合传输三种结构在传输距离为0.1m、接收的光功率估值为3.5mW、光通信速率为1kbps时的输出特性.结果表明,单独传能系统在与电感串联的负载为4kΩ时,电池板输出最大功率为1.82mW,复合传输系统在与电感串联的负载为5kΩ时,电池板输出最大功率为2.1 mW,比单独传能系统高出15%;与电容串联的负载较低时复合传输系统输出信号波形发生畸变,优化负载后波形得以改善,相同条件下幅值比单独通信系统高出1.52V.

1.7μm波段光纤激光技术研究进展及应用

1.7μm波段有许多分子吸收线,位于活体组织的透明窗口中。该波段激光源在材料加工、中红外激光产生、气体检测、医疗手术和生物成像等领域有着重要的应用,受到国内外研究者的重视,并取得了一些研究成果。总结了国内外1.7μm波段激光器的研究进展及相关应用,介绍了长春理工大学在该领域的工作。尽管现有的研究和应用仍面临着一系列问题,但随着相关技术的不断提高,1.7μm波段高性能光纤激光器必将得到快速的发展。

空间分集抑制涡旋光束大气闪烁指数的研究

采用光波仿真研究了不同传输距离、不同湍流强度和不同拓扑数的拉盖尔-高斯光束在不同接收孔径情况下的抗湍流能力;研究了不同发射和接收分集的拉盖尔-高斯光束的抗湍流能力。仿真结果表明,孔径平均、发射和接收分集都可降低涡旋光束的闪烁指数,但在等价条件下发射分集具有最强的抗湍流能力。

岩土工程勘察内外业一体化作业系统设计与实现

针对传统的岩土工程勘察内、外业作业中存在数据记录模糊、信息内业录入错误、产生重复劳动等问题,研究了岩土工程勘察数字化移动采集的关键技术;并基于多源异构数据库融合转换和移动数据采集技术实现了GIS与岩土工程勘察工作的无缝融合,构建了内外业一体化工作方法 ;实现了土层、采样、动探、标贯等工程勘察外业数据的数字化采集、内业无缝融合及勘察数据电子表单的自动化输出,以及从数据采集到数据管理再到数据应用的全生命周期数字化、智能化勘察作业。该成果已应用于青岛市地铁3号线的勘察工作中,效果显著,降低了勘察技术人员的工作强度,提高了工作效率,为移动GIS在勘察领域的应用提供了新思路。

基于改进R^(2) CNN 的遥感图像船舶检测方法研究

为深入研究光学遥感图像中的船舶检测问题,提升检测精度和降低模型复杂度,设计基于改进旋转区域卷积和神经网络(Rotational Region Convolutional Neural Networks),R^(2)CNN的两阶段旋转框检测模型。在模型的第一阶段使用水平框作为候选区域;在模型第二阶段引入水平框预测分支,并且设计一种间接预测角度的回归模型;在测试阶段进行旋转框非极大值抑制时,设计基于掩码矩阵的旋转框IoU(Intersection over Union)算法。试验结果显示:改进R^(2)CNN模型在HRSC2016(High Resolution Ship Collection 2016)数据集上取得81.0%的平均精确度,相比其他模型均有不同程度的提升,说明改进R^(2)CNN在简化模型的同时能有效提升使用旋转框检测船舶的性能。

径向偏振光的研究及检测方法

径向偏振光具有轴对称的偏振光结构,在经过高数值孔径的透镜汇聚以后有很强的纵向梯度电场且具有超越衍射极限的能力,光波的电磁场强度越大,处于这种光波之中的物质能量越高。采用偏振光轴向检测片产生径向偏振光,并通过偏振光检测装置对径向偏振光进行质量检测。结果发现,利用该种方法产生的偏振光具有轴对称性高、各个点沿径向偏振光强均匀分布。

彩云木叶化学成分及其抗炎活性研究

为研究彩云木Synadenium grantii叶的化学成分及部分化合物体外抗炎活性,本研究采用硅胶、Sephadex LH-20等多种柱色谱进行分离纯化,通过理化性质和NMR等波谱数据鉴定化合物的结构,并对部分化合物进行抑制脂多糖诱导RAW 264.7细胞释放NO活性的测定。从彩云木叶二氯甲烷-甲醇(1∶1)提取物中共分离得到了10个化合物,分别鉴定为日尔曼醇(1)、大戟醇(2)、正二十八烷醇(3)、β-谷甾醇(4)、豆甾醇(5)、ingol-7,8,12-triacetate-3-phenylacetate(6)、山柰酚-3-O-α-L-吡喃鼠李糖苷(7)、胡萝卜苷(8)、3,4,3′-三甲氧基鞣花酸-4′-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(9)、山奈酚-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(10)。其中3和6~10为首次从该种植物中分离得到,3、6、8和9为首次从聚苞大戟属植物中分离得到,9抑制LPS诱导RAW 264.7细胞释放NO的IC50值为12.0±0.9μM,显示较好的体外抗炎活性。

基于空间光调制器的MIMO大气传输特性研究

大气湍流对无线光通信系统的影响不可忽视,为了更准确地反映实验室模拟多输入、多输出(MIMO)大气湍流信道的实际特征,提出了一种利用相位屏来模拟MIMO大气湍流信道的方法,并针对基于液晶空间光调制器(LC-SLM)的液晶调制法展开研究,通过实验验证该方法的可行性。实验结果表明:通过相位屏模拟MIMO大气湍流信道的激光光斑发生不同程度的畸变,湍流环境下两路激光发射系统比单路发射激光系统功率稳定性好,在前向纠错误差极限(3.8×10^(−3))下,单个发射单个接收系统的链路代价为10.5 dB,2个发射2个接收的MIMO系统的链路代价为9.3 dB。该项研究对于实验室模拟MIMO大气湍流信道实验方法提供一种新思路。