剩余反射在激光主动探测中的适用条件分析

阐述用激光主动探测的原理及实验技术。以红外光学系统为例,运用矩阵光学追迹法对光学系统中各镜片的回波强度、分布及影响因素作定性、定量分析,并用实验加以验证。研究结果表明,回波强度受探测距离、扫描激光光束的入射角等因素影响非常大。例如,在主动扫描装置与被探测观瞄仪器相距约1000m、扫描光束的入射角从0rad增大到0.18rad时,光学系统的前两块透镜表面所产生回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的28.4%下降到0%。     

“猫眼”目标的激光主动探测距离分析

激光对光电传感器主动探测的基本原理是基于光学系统的"猫眼"效应的。最大探测距离是探测系统的重要参数之一。对影响探测距离的几个重要因素如激光发射束散角、CCD灵敏度、大气能见度等进行了分析,给出了最大探测距离的数学模型,并在此基础上运用MATLAB进行了模拟仿真。分析结果表明,最大探测距离随激光发射束散角的减小、CCD灵敏度的提高而增大,随大气能见度的增强而增大。     

电视观瞄/可见光直视观瞄光学系统设计

随着车载光电系统的发展,多功能合一的观察瞄准镜成为发展趋势。将电视观瞄/可见光直视观瞄系统进行共光路设计,可见光直视观瞄系统放大倍率为8×、视场为5°、出瞳直径为φ4 mm、出瞳距离不小于15 mm;电视观瞄系统F数为6、焦距为110 mm。同时,对设计结果进行公差分析,根据公差分析结果制定严格的零部件加工公差及系统装调方案,系统结构紧凑,成像良好,对2.3 m×2.3 m的目标进行观瞄,识别距离大于4 km,满足指标要求。     

单目视觉融合激光投射的无人机障碍探测方法

针对微小型无人机在飞行作业任务中的主动避障需求,提出一种用于微小型无人机避障的、基于单目视觉与主动激光点阵投射的障碍探测方法。使用单目相机采集投射的激光点阵图案,经过图像分割、聚类、质心提取等处理过程,通过像面激光线方程约束快速排除特征一致激光点的歧义,使用激光点探测出无人机前方空间中障碍的方位信息。实验验证装置在基线距离为65 mm,工作距离为7 m的条件下,障碍探测的相对误差在1.5%以内。该方法精度高、时间复杂度低,可满足低算力的微小型无人机对障碍探测方法的需求,为进一步避障策略的生成提供数据支撑。     

Detection and jamming experiment of optical surveillance device in night equipment transportation北大核心CSCD

针对装备运输过程中可能遭遇侦拍的风险,结合运输安全需求,分析市面上常见的4类消费级侦拍装置(手机、卡片数码相机、单反相机和数码摄像机)的光电可探测性,并实现对各装置的有效干扰。通过搭建“猫眼”激光探测、激光干扰及回波信号接收系统,重点突破典型小口径侦拍装置的探测与识别,以及“猫眼”探测端与目标端的双向成像等理论和关键技术。在此基础上分析不同距离、干扰波长和孔径情况下可见光波段激光对“猫眼”目标的探测及成像干扰效果,并提出一种图像干扰效果评价标准及不同光学侦拍装置的有效干扰阈值。实验结果表明:典型光学侦拍装置在实验距离内具有良好的光电可探测性,并且可被有效干扰;在激光束完全覆盖镜头通光孔径时,目标与装置距离越近,激光束散角越小,波段越接近人眼敏感程度最大波段(555 nm),激光光束产生的非伤害性成像干扰效果越好。     

四象限探测器用作激光准直的特性分析

以四象限光电探测器用作激光准直为例,对其探测原理、光电转换特性、影响探测精度的因素进行了理论分析。用数值模拟、实验验证了分析结果,并对影响探测精度的因素进行了深入的探讨,从而为四象限探测器用作激光准直提供了有力的理论依据。     

激光雷达研制及其探测大气气溶胶的实验研究

作为一种激光探测大气气溶胶特征的新技术,采用分子滤波技术的高光变分辨率激光雷达在国际上得到了发展,给出了对这种YAG激光雷达系统的理论分析并建立了实验装置,其接收望远镜孔径为300mm,YAG激光脉冲能量为150mJ。通过数值模拟与初步测量估计了激光雷达性能,测量了大气回向散射信号,测量结果表明实结果与理论分析一致。     

基于孔径分布概念的全景系统光学设计

为了改变坦克现有探测与观瞄系统低效、精确性不足等弱点,进行基于孔径分布概念的全景系统光学设计。原理是利用4个孔径大于90°的物镜对360°全景图像信息进行孔径分布实时采集,采集的四路图像通过内部转像系统的折转汇成一路,由一个CCD接收,提供准确和平整的全景图拼贴的图像,对系统理想情况下的发现和分清目标距离以及盲区范围进行估算,并通过光线追迹估算出系统失效探测距离。系统在57 m~6.45 km的工作距离内,实现全方位、实时性的观瞄与探测功能。     

在激光大气传输中利用SBS阈值效应实现小面积信标的研究

 在理论上建立起将受激布里渊散射（SBS）与激光大气传输过程相结合的激光补偿传输的数学模型,并进行了数值模拟，提出并证明了利用SBS阈值效应可以将相位共轭光会聚到目标上一个小面积上，从而在目标上主动获得小面积信标光斑。利用SBS实现激光大气补偿传输（传输距离250m）的实验研究,证实了上述理论预期。     

钠激光导星的共孔径发射接收与谱线匹配技术

研究了采用时间选通和共孔径方式的钠激光导星技术,并开展了钠信标发射接收实验研究。分析了钠原子共振散射与信标激光波长的匹配关系,介绍了钠信标激光器、距离选通装置、回光探测装置、同步控制装置等的研制工作。实验成功采集到了钠信标图像,通过分析回光图像随信标激光波长的变化规律,验证了波长匹配在钠激光导星中的重要性。     

Electro-optic tuning of a periodically poled LiNbO3 optical parametric oscillator and mixing its output waves to generate mid-IR tunable from 9.4 to 10.5 μm

We demonstrate electro-optic spectral tuning in a pulsed periodically poled LiNbO₃ (PPLN) optical parametric oscillator (OPO) in ns regime. A 3-cm-long LiNbO₃ crystal is segmented in three equal sections; the outer sections are periodically poled. The center segment is of single domain whose refractive index is changed by electro-optic effect. Applying voltage from 0 to −5000 V, the OPO signal and idler waves are tuned from 1.932 to 1.912 μm and 2.368 to 2.40 μm, respectively. The signal and idler waves obtained are difference-frequency-mixed in a 10 mm long AgGaS₂ crystal to produce mid-IR tunable from ∼10.5 to ∼9.4 μm, which matches the tuning range of a CO₂ laser.     

一种特殊的非对称量子阱中的电光效应

运用密度矩阵方法推导出了特殊非对称量子阱中电光系数的解析表达式,并以典型的GaAs/AlGaAs非对称量子阱为例进行了数字计算.计算结果表明,量子阱的非对称性随着参数a的增大而增强,随着参数V₀的增大而减小.电光系数的最大值也随着参数a的增大而增大,随着参数V₀的增大而减小,表明电光系数将随着量子阱非对称性的增大而增大.在取不同的参数a和不同的参数V₀时,电光系数和入射光子能量的关系分别被绘制成曲线图.在图中分别有三个不同的峰,而且系统的非对称性越大,峰值就越大.随着量子阱非对称性的增大,曲线中的峰向能量低的方向移动.另外,在这种量子阱中得到了比较大的电光系数,大约在10^-6m/V量级.随着近来纳米制作技术的进步,使得在实验上制作这种特殊非对称量子阱并得到较好的非线性材料成为可能.     

Untersuchungen zur Laserfähigkeit eines Kr-Hg-Gemisches

A gas discharge containing a krypton-mercury mixture is investigated with respect to laser oscillation in the ultraviolet spectral range (280–390 nm). Several spectral lines of the mercury singlet- and triplet system are intensified by selective population of the upper levels as a result of collisions with metastable krypton-atoms. As well in a continuous as in a pulsed discharge the best conditions are found for maximal pump rate and maximal gain. Some transitions show gain factors approaching Γ=1; their possible use for laser oscillation is discussed. In a discharge of 800 mm active length and with external concave mirrors laser action could not be observed.     

基于双柱透镜慢轴准直激光二极管堆栈光束匀化系统

为实现高功率激光二极管堆栈光束的匀化与整形,提出基于双柱透镜慢轴准直的匀化系统。利用双柱透镜实现对高填充因子激光二极管慢轴方向光束发散角度的压缩,降低成像型多孔径光束积分器中微透镜的数值孔径,减小匀化系统体积。通过三个限定条件确定了双柱透镜参数取值范围,并通过像差分析对双柱透镜进行了优化,实现慢轴方向光束剩余发散角度1.74。结合成像型多孔径光束积分器,设计了激光二极管堆栈的匀化系统,并进行了实验测试。实验结果表明,在中心光斑尺寸约为6 mm6 mm范围内,光斑不均匀性为8.11%。     

Deep subsurface optical waveguides produced by direct writing with femtosecond laser pulses in fused silica and phosphate glass

In the present work, we have analyzed the use of elliptical beam shaping along with low numerical aperture focusing optics in order to produce circular cross-section waveguides in different materials at large processing depths by direct femtosecond laser writing (100 fs, 800 nm, 1 kHz). A variable slit located before the focusing optics allows to generate a nearly elliptical beam shape and also to reduce the effective numerical aperture of the beam along the shat axis of the ellipse. The focusing optics allows to focus the beam deep inside the sample, which is translated at a constant speed transversely to the writing beam direction. The influence of several experimental parameters (energy per pulse, slit width, processing depth) on the properties of the produced waveguides has been analyzed. The influence of the intrinsic properties of the material (refractive index, composition) has been analyzed by comparing results obtained in fused silica and Er:Yb co-doped phosphate glass. The results obtained show that this approach leads to the successful production of deep subsurface (up to 7 mm) waveguides with circular cross-sections. Preliminary results using chirped pulses in the phosphate glass suggest that temporal pulse shaping can be used as an additional parameter to optimize the guided mode symmetry.     

Electro-optic Q-switched intracavity optical parametric oscillator at 1.53 μm based on KTiOAsO4

An eye-safe, high peak power optical parameter oscillator (OPO) intracavity pumped by electro-optic Q-switched Nd:YAG laser is presented. This OPO is based on a 20 mm length KTiOAsO₄ crystal with non-critical phase matching (θ = 90°, ?=0°) cut. An aperture ∅3 mm acted as limiting diaphragm to get good beam quality of pumping laser. The output energy of 25 mJ at the signal wavelength 1.53 μm was obtained with repetition rate of 1 Hz. The highest peak power intensity was up to 88 MW/cm² with pulse width of 4 ns. Without diaphragm, the maximum output energy of 90 mJ was achieved with area of light spot (∅6 mm) four times larger, but the peak power intensity was lower.     

大口径连续相位板远场光强的离线测试实验

为了准确测试和评价大口径连续相位板（CPP）元件的远场光强性能,根据激光装置需求建立了351 nm波长下大口径CPP远场光强离线测试系统,开展了330 mm330 mm口径CPP元件测试实验,并与标量衍射计算结果进行对比,分析了系统的测试重复性和测试精度。实测系统远场弥散斑大小为2.9倍衍射极限,可测试最大口径为圆形f600 mm和方形430 mm430 mm。测试系统在焦点2 mm范围内的能量集中度测试重复性优于0.2 %。计算和实验焦斑形貌及分布吻合,实测能量集中度比计算结果小0.85%、焦斑半径大13 m左右,差异由实测系统的时间匀滑作用引起,可通过缩短曝光时间和减小系统像差等措施进一步提高测试精度。     

边界主动加热管理平均功率普克尔盒热效应

建立了平均功率激光辐照下,边界主动加热的电光晶体内3维各向异性热传输有限元模型及其热应力双折射模型,在此基础上分析了等离子体普克尔盒热效应。提出了边界主动加热控制电光晶体横向温度梯度热管理思想,并给出平均功率普克尔盒的光开关性能。结果表明:对于50J/10Hz、光束口径为50mm×30mm的激光系统,普克尔盒最大退偏损耗为3.58%,平均退偏损耗为0.9%,波前畸变为1.59λ。采用边界加热控制后,当加热功率密度为500W/m2时,最大退偏损耗为0.17%、平均退偏损耗为0.05%、波前畸变为0.26λ,普克尔盒热效应显著降低,满足设计要求。