水下激光距离选通成像与脉冲展宽的时序模型

基于距离选通原理,深入分析了水下脉冲传输和探测器选通接收间的时序关系,建立了较为完善的距离选通时序模型;基于搭建的水下脉冲激光距离选通实验平台,设计了专门的模型验证实验。实验与仿真结果的一致性表明:模型能较好地描述水下距离选通成像过程,预测成像对比度随延迟时间的变化,可用于实际选通系统的性能预测和优化设计。此外,还借助模型讨论了各参量对成像对比度的影响,并介绍了利用距离选通技术直接测量水下脉冲时间展宽的方法。     

水下激光通信中脉冲时域展宽的模拟计算方法

针对激光脉冲在水下传输时导致脉冲的时域展宽,严重地影响了水下激光通信的性能。以蒙特卡罗模拟为手段,在一定的水质条件下,对激光脉冲经过不同传输距离后的脉冲宽度进行了计算机模拟,模拟结果与实验测量数据相符,精确度高于其他方法,该方法尤其适用于激光脉冲远距离传输的情况,证明了该方法可准确地计算激光脉冲展宽后的脉宽值,能有效地提高水下激光通信的性能。     

距离选通激光水下成像系统的门控信号对图像质量的影响

研究了水体的前后向散射光和目标反射光的传输特性,运用脉冲激光器和增益型CCD(ICCD)搭建了距离选通激光水下成像实验系统,建立了计算距离选通激光水下成像系统光信号的数学模型,分析了图像对比度传递系数与门控信号的关系.编制计算机程序,根据所搭建实验系统参数计算并绘制了距离选通激光水下成像系统门控信号与图像对比度传递系数的关系曲线,提出了距离选通激光水下成像系统最佳门控策略.数值计算和实验结果表明:在ICCD未饱和的情况下.精确开门得到的图像质量最高,不论是滞后开门或是提前开门都会使图像分辨率有所下降,但滞后开门比提前开门较为有利,并且选通门开启的持续时间则应取激光脉宽的1～3倍.     

激光脉冲水中传输时域展宽特性的分析计算

推导出不同距离、水质和探测参量情况下激光脉冲在水中传输的时域展宽表达式，并提出光波门选通法来代替传统的脉宽检测方法，计算结果与实际相符，对水下激光探测应用有重要的实际意义。     

脉冲激光在光纤中时间波形传输特性研究

给出了光纤传输激光脉冲波形特性测试的实验光路图，对比测量了经过空气传输和光纤传输两种方式的脉冲波形。实验测试了光束耦合到不同长度的单模和多模光纤与经空气传输后的时间脉冲波形，得到了激光脉冲波形的精细结构。实验结果表明，所选的多模和单模光纤经数百米传输后的脉冲展宽在容许误差范围之内，说明所选用的光纤可以作为纳秒激光时间脉冲波形测试的理想传输介质。     

初始啁啾对双曲正割光脉冲线性传输特性的影响

采用分步傅里叶方法数值研究了初始线性啁啾和非线性啁啾双曲正割光脉冲在单模光纤反常色散区的线性传输特性，并与啁啾高斯脉冲的线性传输特性作了比较.给出了双曲正割光脉冲频谱宽度和时间带宽积随初始线性啁啾变化的表达式.结果表明，双曲正割脉冲在线性啁啾|C|>0.1时随传输距离的增加逐渐演化成近高斯型，在0≤|C|≤0.1时最后将演化为近双曲正割脉冲.|C|越小，脉冲时域波形越趋近双曲正割曲线.负啁啾对脉冲时域展宽的影响比正啁啾要大得多.当|C|≥0.5时，初始啁啾对双曲正割光脉冲展宽的影响比对高斯脉冲的影响更大.非线性啁啾双曲正割光脉冲在线性传输过程中会出现时域波形分裂现象，比具有相同啁啾的高斯脉冲时域波形分裂严重. 关键词： 频率啁啾 双曲正割光脉冲 线性传输 时域波形分裂     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点，为准确测量其峰值功率，提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法，设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

抑制幅频调制的时间功率曲线的远程精确测量

采用单偏振光纤远程传输待测光,结合上升沿与顶端波形分离处理的时域恢复算法,提出一种远程精确测量激光时间功率曲线的方法,并对高功率激光驱动器前端系统中1 053nm脉冲光的时间功率曲线进行了远程测量实验.结果表明,该方法有效避免了幅频调制对激光脉冲时间功率曲线测量的影响,获得了高保真的远程传输时间波形,引入的误差在每1ns范围内小于0.8%,可用于高功率激光系统的时间功率曲线远程集中测量.     

基于距离选通成像系统的水下目标探测技术研究

 基于距离选通原理,采用波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd∶YAG激光器和距离选通ICCD成像系统,通过脉冲激光照射水下目标,ICCD系统同步选通接收,对漫射衰减系数约为0.45的8 m水深内的水下目标的成像能力进行了实验研究,获得了10 ns的图像选通效果和7 m的探测能力。实验结果表明,距离选通成像方法是一种快速、有效的水下目标探测和识别手段。     

基于雪崩级联电路控制激光照明源的水下激光选通成像

基于雪崩级联原理研发了用于水下激光选通成像的MARX级联电路激光照明源。相对于普通激光驱动器,该MARX级联电路有输出脉冲窄、峰值高、上升沿短、重复频率高、成本低、体积小、质量轻等优点。采用级联电路研发的脉冲激光照明光源在实现ns量级脉冲宽度性能的基础上保持了照光源系统体积的小型化。该脉冲照明源结合激光整形及匀化光学技术进行了水下选通成像验证实验,在10 ns的脉冲宽度下,实现水下7倍衰减长度范围内的选通成像。该文涉及的电路、光学方面的改进对降低激光选通成像系统的体积、成本及实际应用具有重要意义。     

激光、激光技术

激光物理 FN241 2004020905 激光脉冲水中传输时域展宽特性的分析计算=Study of time-domain broadening of submarine laser pulse[刊,中]／章正宇(西安电子科技大学技术物理学院．陕西,西安(710071)),周寿桓…∥光学学报．—2003,23(7)．—850-854 推导出不同距离、水质和探测参量情况下激光脉冲在水中传输的时域展宽表达式,并提出光波门选通法来代替传统的脉宽检测方法,计算结果与实际相符,对水下激光探测应用有重要的实际意义。图7表2参6(于晓光) FN241 2004020906 激光在大气传输中的损耗和折射=Loss and refraction of laser transmitting in the atmosphere[刊,中]／李正东(中物院应用电子学研究所．四川,绵阳(621900))∥红外与激光工程．—2003,32(1)．—73-77 以射线理论和数值计算为基础,给出了激光束在大气传输中的损耗和折射的求解方法,得出了相关的数学表达式,同时对不同的方法作了简单的比较。图3参5(严寒)     

基于水下成像系统模型的水下图像超分辨率重建技术研究

水下成像技术在诸多领域获得了越来越多的应用,然而由于受到成像器件参数、水体特性等成像系统参数的影响,水下图像的分辨率普遍较低、像质较差。基于包括点扩散函数、衍射极限等水下成像系统模型的图像超分辨率重建技术,能够在提高图像分辨率的同时增强图像质量。为了尽可能提高图像分辨率,建立了基于光束传播理论的超分辨率成像模型,并将其应用于水下脉冲激光距离选通成像结果图像的超分辨率重构。重构实验的结果表明,所提出的方法可以有效地提高水下成像的分辨率和质量。     

水下距离选通成像系统参数对成像效果影响的实验研究

利用自行研制的水下距离选通成像系统在实验水池中对水下靶板进行成像探测,通过改变探测激光能量和像增强器增益,研究了不同系统参数对实际成像探测效果的影响。通过对实验数据的分析,得出了只是提高探测激光能量与ICCD增益不能继续改善探测图像质量,系统参数与探测结果之间存在最优化关系的结论,为水下距离选通成像系统设计提供了有益的...     

锥形镀膜光纤探针中飞秒激光脉冲的传输

采用三维时域有限差分法对飞秒激光脉冲照明下锥形镀膜光纤探针内的光场进行了计算,研究了飞秒脉冲在探针中传输时的时域、频谱和相位特性,并分析了不同锥角和不同长度的探针对这些特性的影响.研究结果发现飞秒脉冲在探针中传输时出现了脉冲展宽、幅值振荡以及频谱分裂等现象,并且利用频谱和相位的变化特性初步解释了脉冲的展宽和脉冲振幅随时间周期性变化等现象. 关键词： 时域有限差分法 飞秒脉冲 光纤探针     

激光照明水下目标距离选通成像系统的研制

基于水下目标探测的应用需求,研制开发了一套激光水下距离选通成像系统。系统采用波长532 nm、最大单脉冲能量400 mJ的Nd:YAG脉冲激光器作为照明光源,采用最小选通门宽3 ns、像元10241024的ICCD相机作为门选通器件和图像记录器件,利用DG535型数字脉冲发生器作为精确延时和同步控制器件实现激光脉冲和ICCD相机选通门的同步以实现距离选通功能。利用该系统在某水库进行了水下目标探测实验,实验结果表明,该系统可在6.5倍的衰减长度上识别目标,在8倍衰减长度上发现目标。     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

脉冲叠加技术提升脉冲展宽分幅相机时间均匀性

脉冲展宽分幅相机是时间分辨率优于10 ps的二维超快诊断设备,但展宽脉冲沿阴极传输会引起阴极不同位置的电压分布出现差异,这会导致相机时间不均匀现象的产生,从而限制了大探测面相机的实现。采用雪崩三极管、雪崩二极管和高通滤波器设计了一种快斜率皮秒选通脉冲,基于电脉冲叠加原理,探讨了选通脉冲下降沿对时间不均匀性的提升效果。研究结果显示：当阴极电压为-2 kV、电子束初始时间宽度为5 ps和展宽斜率为11.9 V/ps时,随着展宽脉冲沿阴极起点传输到终点,阴极上的电子束展宽倍率由11.74增至39.04,基于相对误差原理,两者相差232.5%;当将选通脉冲下降沿和展宽脉冲同时加载至阴极时,电子束展宽倍率由11.28变化至14.23,两者相差下降至40.21%,此时脉冲展宽分幅相机的时间分辨均匀性得到了有效提升。     

大气到海洋激光通信信道仿真

详细分析了蓝绿激光穿过大气海洋信道的信道效应和物理特性,利用理论分析和蒙特卡罗模拟方法完成对光信道仿真。介绍了大气海洋激光通信蒙特卡罗模拟方法及计算步骤。研究了不同厚度云层对光束投影面积的展宽,和光脉冲穿过不同深度海水后的空间分布和时域信号波形,讨论了其不同的展宽机理,并对信道的噪声分布进行了分析。发现云层对光脉冲展宽作用在云层厚度500 m时达到饱和,信号能量的随机起伏随海水深度的增加而增大,但能量分布的半峰全宽并不增加,大气海洋的综合信道效应可以用时延滤波器进行建模。     

时域法测量光纤带宽

多模梯度纤维中由于折射率剖面的畸变及色散的影响,可将其看成截止频率为f_0的低通滤波器。在时域上表现为激光脉冲经过其一段距离的传输后脉冲变宽,幅度降低。我们采用时域法测量其频带宽度。应用PS量级激光脉冲和具有微机准实时图象数据处理系统的变象管扫描相机系统测量激光脉冲和宽度(半高宽)τ_1和激光脉冲经千米光纤传输后的脉冲宽度τ_2将激光波形近似认为是高斯分布,则可以如下换算光纤带宽B:     

基于光电子脉冲展宽的高时间分辨成像技术

为获取超快光脉冲信号,提出了一种基于光电子脉冲准线性展宽的高时间分辨二维成像技术。利用高频时变电场的线性工作区加速光电子脉冲信号,通过优化阴极激励源的电参数,选择光电子进入加速区的时刻实现光电子脉冲的准线性展宽。利用曝光时间100ps的门控选通微通道板在脉冲展宽模块的记录面进行选通曝光成像,实现高时间分辨的二维成像。为改善系统的空间分辨和成像畸变,添加轴向聚焦磁场解决电子漂移区中由电子空间电荷效应引起的时间和空间弥散,对于能量4 keV、出射角0.1°的电子束,聚焦磁场的最佳强度为0.057 T,此时阴极中心位置的空间分辨可达5 1p/mm,阴极边缘位置空间分辨稍差。基于光电子脉冲准线性展宽技术,可将漂移距离50 cm,初始脉宽10 ps的电子脉冲展宽10倍,从而可将门控MCP探测器的时间分辨提高1个量级(即10 ps以内)。