啁啾调幅相干探测激光雷达关键技术研究

使用窄线宽半导体激光器、声光移频器、马赫-曾德尔幅度调制器以及全光纤相干光路,构建了一套基于平衡相干探测与啁啾调幅的激光测距实验系统。介绍了啁啾调幅相干激光雷达的工作原理,完成了基于直接数字合成(DDS)技术的啁啾信号生成及射频信号处理电路的设计。对实验系统的时间分辨力与最小可探测功率进行了测试,对实验出现的一些现象进行了分析。     

半导体激光放大器用于啁啾补偿的研究

详细分析了饱和工作状态下的行波半导体激光放大器的啁啾特性，从理论上证了实了利用其增益饱和所引起的自相位调制来对光源啁啾和光纤色散进行啁啾补偿的可行性，并且发现，对于不同脉宽的入射脉冲，光放大器均能发挥相位补偿的作用，这一特性可用来在长距离光纤传输系统中，对微弱啁光脉冲同时进行能量和相位的补偿。     

宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

基于非线性薛定谔方程推导出大啁啾脉冲的传输方程,利用微扰理论,分析了啁啾脉冲激光的时空不稳定性. 理论上比较清楚的阐述了宽带脉冲激光在大啁啾情况下,其时空噪声的相互影响与相互作用情况及脉冲啁啾对噪声微扰调制的影响,发现在相同γI₀(非线性系数与峰值强度乘积)的情况下脉冲啁啾对噪声调制的增长没有直接影响. 最后我们在实验上利用非线性介质对啁啾脉冲的空间小尺度自聚焦过程进行了部分验证,同时也在数值上对宽带啁啾脉冲的时间噪声调制的增长进行了模拟分析,发现实验结果和模拟分析结论 关键词： 时空不稳定性 宽带脉冲激光 啁啾     

合成孔径激光成像雷达中非线性啁啾逐一扫描滤波校正算法的仿真与分析

合成孔径激光成像雷达中啁啾激光光源的非线性会严重影响距离向的成像聚焦.基于参考通道非线性测量和相移计算进行目标通道啁啾非线性补偿的概念,提出了一种对目标物点反射信号逐一滤波和校正的方法.建立了该方法从外差探测到距离向成像的一般性数学流程.以星载合成孔径激光成像雷达为模型,进行了计算机仿真,研究了滤波器宽度、非线性大小对距离向压缩脉宽的影响,通过分析得到了合适的滤波器宽度,验证了本方法的可行性.     

基于啁啾光纤光栅的粮仓测温网络研究

为了解决传统光纤光栅测温系统中单根光纤上带光纤光栅探头数量少、回波光强弱以及复用能力差的问题,设计研究了基于啁啾光纤光栅的测温系统。通过啁啾调制技术提高了回波光的带宽,从而增强了信号的可处理性并大大提高了带探测点位的数量。推导了啁啾调制的光栅周期表达式,给出了调制方法及波长范围。实验采用LPT-102型宽带光源与F-P光纤解调仪等,调制带宽为1 535.0～1 555.0 nm,并结合WR-201型温度传感器作标定。对20～60 ℃范围内每1 ℃改变进行测试,实验结果显示,传统光纤光栅探头与啁啾光纤光栅探头的测试温度误差相近,都符合设计要求。相比而言,啁啾FBG的测试数据对应的波长偏移具有较为明显的单调线性的特征,即数据稳定性更高,同时,采用啁啾FBG的系统带光纤光栅探头数量明显优于传统光纤光栅测温系统。由此可知,本系统在不增加光纤个数及不降低温度测试精度的基础上,实现了大幅提高带探测点位数量的设计要求。     

低成本啁啾脉冲光源用于光码分多址系统的优化改进

低成本脉冲光源应用于光码分多址系统,有助于光码分多址系统的实用化进程。对实用化的啁啾脉冲光源应用于光码分多址系统进行了优化改进。研究啁啾脉冲光源本身啁啾的消除即压缩啁啾脉冲对编解码性能的提升作用。针对通常实用的啁啾脉冲光源的谱宽相对较窄而不能充分覆盖编解码频谱的现实,研究利用编解码器频谱的半边带进行编解码以改善解码性能的效果。仿真和实测数据表明,对啁啾脉冲进行消啁啾、压缩脉宽有助于提高编解码性能;利用编解码频谱的半边带进行编解码能够更加充分利用光源频谱,编解码性能进一步得到优化。研究结果表明消啁啾和半边带能够改进啁啾脉冲光源用于光码分多址系统的有效性。     

飞秒激光器中超宽带色散补偿啁啾镜对的设计

根据设计目标和制备要求, 以双啁啾作为啁啾镜膜系初始结构设计方法, 详细分析了双啁啾调制系数以及双啁啾层数对啁啾镜反射特性和色散特性的影响, 确立了两者之间的最佳取值组合. 利用分析结果设计了单个啁啾镜, 并实现了啁啾镜的配对设计, 获得了600–1050 nm范围内反射率大于99.5%, 平均群延迟色散-40 fs², 振荡小于± 20 fs²的啁啾镜对, 满足了钛宝石飞秒激光系统的色散补偿要求. 关键词： 超快激光 色散补偿薄膜 双啁啾镜 啁啾镜对     

啁啾超短激光脉冲对二能级体系特性的调控

研究了啁啾超短激光脉冲与二能级体系近共振作用下的特性.采用光与物质相互作用的半经典理论,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并用高准确度、快速和可靠的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程.通过数值计算,得到啁啾符号和啁啾量与Bloch矢量的关系,以及共振失谐量符号和啁啾符号对Bloch矢量性质影响的规律.结果表明,啁啾的符号和大小对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用,由此可以通过调节激光脉冲的啁啾特性来实现对二能级体系性质的调控.     

啁啾超短激光脉冲对二能级体系特性的调控

 研究了啁啾超短激光脉冲与二能级体系近共振作用下的特性.采用光与物质相互作用的半经典理论,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并用高准确度、快速和可靠的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程.通过数值计算,得到啁啾符号和啁啾量与Bloch矢量的关系,以及共振失谐量符号和啁啾符号对Bloch矢量性质影响的规律.结果表明,啁啾的符号和大小对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用,由此可以通过调节激光脉冲的啁啾特性来实现对二能级体系性质的调控.     

两种波形调控方法获得单次谐波光源的研究

本文利用啁啾波形调控和双色场波形调控对单次谐波光源的产生进行了研究.结果发现：在啁啾波形调控下,单次谐波光源的调节范围在170次到370次谐波区间,能量调节范围较宽.并且,单次谐波的产生对激光脉宽和光强的要求不高.在双色场波形调控下,单次谐波光源的调节范围仅在80次到110次谐波区间,能量调节范围较窄.并且,单次谐波的产生对激光脉宽和光强的要求较高.     

脉冲抽运光啁啾对全光纤量子关联光子对纯度的影响

信号与闲置光子波长均为1550 nm 通信波段的全光纤关联光子对源, 具有低成本以及可与现有光纤网络低损耗连接的特点. 进一步优化其纯度, 将有助于提高这种量子光源的实用化程度.当抽运脉冲光在光纤中传输时, 由于色散和Kerr非线性效应的影响, 会不可避免地引入啁啾. 本文利用脉冲激光抽运零色散位移光纤, 研究了抽运光啁啾对关联光子对纯度的影响. 结果表明, 通信波段小失谐关联光子对的纯度随啁啾的增大而下降. 若采用变换极限的锁模激光为抽运源, 将有助于抑制Raman散射对自发四波混频的影响, 提高光子对的纯度. 关键词： 关联光子对 光纤 自发四波混频 啁啾     

带宽对强光束非线性成像的抑制效应

 宽频带激光驱动器中光束的传输与常规的窄带系统有很大区别。数值分析了宽带激光的成像这一非线性传输现象，并与窄带激光的成像特性进行了比较，发现宽带激光的热像位置和窄带激光基本相同，但宽带激光的热像强度比窄带激光低很多，说明宽带激光能很好地抑制非线性成像的形成。此外，通过改变脉冲啁啾和脉冲宽度两种方式分别揭示了带宽对非线性成像和光束匀滑的影响，发现不同带宽情形下热像的位置基本相同，均处于共轭位置处；热像的光强和热像处光束的调制对比度随着啁啾值的增大而降低，随脉冲宽度的增大而增大。由于受到群速度色散效应的作用，带宽能够阻碍热像的形成，并提高光束的匀滑度。     

再生锁模激光系统的定态输出及其稳定性

将准孤子解代入再生锁模激光系统的主方程，推导出脉冲参量的三个自治微分方程. 求解了无啁啾和有啁啾两种情况下系统的定态解，并分析了其稳定性. 研究表明，系统的定态输出随系统的调制深度或调制频率、群速色散或自相位调制等参量值的变化而变化. 因此，通过调制系统的参量可以控制激光系统的定态输出. 关键词： 再生锁模激光系统 线性稳定性分析 罗斯-霍维茨判据 定态输出及其稳定性     

啁啾脉冲堆积宽带激光的三次谐波产生

 针对啁啾脉冲堆积方法获得的宽带激光,分析了其形成机制,并给出了其时间波形和光谱分布。采用KDP晶体Ⅰ/Ⅱ类角度失谐的三倍频方案以及Ⅰ/Ⅱ/Ⅱ晶体级联角度失谐方案,定量分析了啁啾脉冲堆积方式宽带激光三倍频转换效率随入射光强、带宽、以及晶体厚度等因素的变化,并与时间相位调制的宽带激光三倍频的相应结果进行了比较。研究结果表明,采用晶体级联方式可以大幅度提高宽带三倍频转换效率,并且啁啾脉冲堆积宽带激光的三倍频转换效率的提高比时间相位调制宽带激光更为明显。     

啁啾脉冲堆积的宽带整形脉冲三倍频方案分析

针对啁啾脉冲堆积方法获得的宽带整形激光脉冲，采用KDP晶体Ⅰ／Ⅱ类角度失谐的三倍频方案，定量分析了影响其三倍频转换效率的主要因素，并对三倍频前后的时间波形及频谱分布进行了比较分析。在此基础上，与时间相位调制的宽带整形脉冲三倍频的相应结果进行了比较。研究结果表明，对于啁啾脉冲堆积方法获得的宽带整形激光脉冲，在实现较高的三倍频转换效率的同时，其时间波形和频谱分布基本保持不变。对于具有相同带宽和波形的时间位相调制整形脉冲，其三倍频转换效率明显低于啁啾脉冲堆积宽带整形脉冲。     

非对称单侧曝光切趾使啁啾光纤光栅获得优化性能

利用谐振理论对啁啾光纤光栅时延纹波和反射谱边瓣的形成原因进行了分析，研究了单侧曝光切趾方式中引入的非常数直流折射率调制分量对啁啾光栅特性的影响，阐明了切趾技术提高啁啾光纤光栅性能的作用机理，提出了一种能够使啁啾光纤光栅获得优化性能的切趾方法，该方法只需对光栅进行单侧曝光，实现简单. 关键词： 光纤布拉格光栅 切趾 群时延 反射谱     

探测器大小与散焦对无透镜鬼衍射的影响

近年来,基于热光场的鬼成像在理论和实验上得到了广泛的关注。研究了探测器尺寸大小以及探测光路距离不相等(即散焦)对无透镜鬼衍射成像的影响。在以前的理论工作基础上,对无透镜鬼衍射成像的强度关联函数做了进一步的分析,发现散焦的效果相当于使物体的透射函数在相位上有一个啁啾调制,而有限大小的探测器则使得无透镜鬼衍射系统等价于一个部分相干成像系统,两者都会引起成像质量的降低。通过计算不同条件下的成像相关度,定量分析了不同参数下的无透镜鬼衍射的成像质量,为具体的实验设计提供定量的帮助。     

探测光功率对半导体全光波长变换器性能的影响分析

根据半导体光放大器的高频滤波效应,利用动态载流子恢复时间的概念,分析了基于半导体光放大器交叉增益调制的全光波长变换器中变换信号的波形、啁啾与探测光功率的关系。理论计算表明,在保持变换信号消光比相同的情况下,在大的探测光功率下,变换信号的波形将变好,并且啁啾对变换信号码间干扰的影响会减小,理论很好地解释了文献中的实验结果。     

啁啾脉冲激光放大中的自相位调制效应

利用光与物质相互作用的半经典理论建立了啁啾脉冲激光放大的输运方程,数值分析了多程放大过程中自相位调制对啁啾脉冲时域特性和频域特性的影响研究结果表明,由于自相位调制引起附加频率啁啾产生,啁啾脉冲瞬时频率发生变化,放大特性受到影响.通过对增益饱和状态下自相位调制效应的研究,提出利用入射脉冲的线性频率啁啾抑制自相位调制的影响. 关键词：     

散射介质对强度关联成像影响的教学实验研究

本文根据北京航空航天大学本科生专业课程有关新型探测实验的教改要求,设计了散射介质对强度关联成像影响的教学实验。该实验基于主动式强度计算关联成像原理,采用激光光源,经准直扩束照射到数字微镜器件(digital micromirror device, DMD)进行空间光场调制,用聚苯乙烯胶体粒子模拟雾霾散射介质,利用CCD探测器作为桶探测器,对振幅型物体进行探测,结合空间光场调制信号完成关联运算,并通过衬噪比分析散射介质对关联成像的影响。实验结果显示关联成像具有抗散射介质的特性。旨在通过实验中一系列实验现象激发学生的思考能力,培养学生科学的创新思维,促进实验教学的变革和发展。