基于动态全息的面内微振动测量系统

为了实时测量高频、微小面内振动,利用硅酸铋（BSO）晶体的光折变特性搭建了基于动态全息的面内微振动测量系统。通过粗糙表面的散射信号光携带面内振动信息,与参考光在晶体内干涉形成动态全息并实时衍射,参考光的衍射光和信号光的透射光之间形成新的干涉,通过光电探测器对干涉信号进行解时域或频域的探测,即可得到振动信息。以剪切式压电陶瓷驱动的散射片为被测物,实验测量了0.5～240 kHz的亚微米量级的面内振动。     

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题, 设计了一种二级级联式光学天线. 通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系, 发现视场角为40°–60°的光学天线最适用于室内可见光通信系统. 通过光学仿真软件TracePro的模拟及计算, 给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系. 结果表明, 相较于传统接收天线, 二级级联式光学天线具有更好的光学性能, 视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4 倍. 利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真, 结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显, 平均值较直接探测时增大了7 dBm, 进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.     

"猫眼"探测光学环路的功率密度计算

激光对光电传感器主动侦察是基于光学系统存在的"猫眼"效应.对包括"猫眼"镜头的回波功率和CCD光敏面照度的整个环路进行了推导.分析结果表明:CCD光敏面上的照度随发射激光束散角、照射距离的增大而降低,随大气能见度的提高而增大.同时,探测器探测面的离焦也对CCD光敏面的照度产生较大的影响,离焦量越大,接收到的光照度越小.     

湍流大气中激光相干探测回波光强与空间相干特性研究

本文利用广义惠更斯-菲涅尔原理结合Goodman目标散射理论,推导出了激光探测中目标反射光的交叉谱密度函数解析式,并进一步得到了目标反射光的光强分布和空间相干长度表达式。利用得到的表达式在湍流大气条件下,分析了不同光源参数和目标反射光参数对目标反射光光强分布和相干长度的影响。研究结果表明:光源相干长度对归一化反射光强影响较小;光源束腰半径和反射光斑半径值越大接收光的相干长度值越小;随着传输距离的增加,相干长度增加越来越缓慢;在弱湍流大气传输过程中,光源参数对接收光的影响占主导作用,光源束腰半径越大接收光的光强和相干长度值越小;在强湍流大气传输过程中,大气湍流对反射光的影响起主导作用。     

光路准直对长基线透射式能见度仪测量的影响

基于长基线透射式能见度仪分析了影响透射仪收发两端探测光路准直的因素。从透射仪的测量原理出发,阐述了探测光路准直通过影响接收端接收光强进而影响透射仪探测精度的机制。仿真研究了透射仪收发两端探测光路准直出现偏差对接收端接收光强的影响。研究结果表明,在一定大气能见度条件下,透射仪的测量误差与接收端接收光强的测量误差成线性关系。透射仪收发两端的对准状态对透射仪接收端接收光强具有重要影响,发射端姿态角每变化0.01,接收端接收光功率变化0.02 mW,发射端姿态角变化会明显降低透射仪接收端接收光强,增大接收端接收光强的测量误差,对能见度的测量精度影响较大。     

振动对星间相干激光通信的影响

针对星间相干激光通信中卫星平台的振动造成发射天线和接收天线的瞄准角误差，使系统信号信噪比下降，误码率 (BER)增加，该文以瑞利分布作为振动造成的瞄准角误差模型，结合高斯本振光和艾里信号光外差检测模型，以PSK零差通信体制为例分析卫星振动对系统的瞬时误码率和平均误码率的影响，给出误码率仿真计算结果。指出接收天线瞄准角误差对星间光通信质量影响很大，在瞄准角误差的标准偏差σ小于1μrad范围内，系统误码率小于10^-6。     

平板型聚光器作为可见光通信中光学天线的设计与性能分析

针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3)m房间中对平板型聚光器作为光学天线的接收功率分布进行仿真,得到直射和非直射链路信道下视场角为50°的平板型聚光器接收房间内各位置的光功率比直接探测时分别提升了16.2411dBm和16.4956dBm。     

激光强度起伏及相位噪声对光学双频探测的影响

针对利用光纤延时自差系统获得双频拍频光的方法,建立了激光源强度起伏和相位噪声对拍频光功率谱影响的理论模型,并基于该模型进行了数值分析和模拟。结果表明,短延时差比长延时差更有利于减小激光器的噪声干扰。当延时差小于激光相干时间时,激光线宽越大,强度起伏越大,信号的信噪比越低。当延时差远大于激光相干时间时,激光器的相位噪声成为拍频光信号展宽的主要来源,且相位噪声越大,拍频光信号功率越小;强度起伏也有一定的展宽效应,但对于拍频信号功率有增大作用。在长延时情况下,拍频光信号功率和线宽随两个频率光的延时差呈余弦规律变化,存在最佳工作点。     

丛林地貌高功率微波传输散射特性

 采用时域有限差分方法仿真分析了高功率微波在丛林地貌传输的双站散射特性,得到了不同入射角度下的双站散射规律,对比分析了利用数值和解析两种方法得到的丛林散射系数与掠射角关系。理论分析和数值计算结果表明：散射系数曲线存在布儒斯特角,且地貌电参数越大,布儒斯特角越小;掠射角小于布儒斯特角时,散射系数随掠射角的增大而减小;掠射角大于布儒斯特角时,散射系数随掠射角的增大而增大。水平面情况下的不同丛林类型双站散射系数变化趋势一致;对于介电常数相对较大的丛林地貌类型,通过镜面反射方向时域有限差分方法得到的半功率波瓣宽度较宽;同一丛林地貌类型不同均方根高度条件下,均方根高度增大,相干分量变小,非相干分量变大;不同入射角、相同地貌和电参数情况下,散射系数的峰值向对应的镜面反射方向移动。     

电磁诱导透明介质中探测场量子噪声特性的实验研究

利用平衡零拍探测测量电磁诱导透明(EIT)介质中探测场的正交振幅和正交相位噪声谱。在平衡零拍探测系统中通过调节压电陶瓷来改变本振光的光程从而改变本振光与探测光的相对相位,进而测量不同相位对应的探测光的噪声分量。实验中电磁诱导透明介质中探测光与耦合光耦合导致探测光噪声的增大,发现在耦合光不同失谐下对探测光不同正交分量引入的额外噪声是不同的,同时得到了探测光噪声与耦合光功率及分析频率的关系。     

采用投影光学估计弱起伏条件下的大气闪烁指数

在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能,有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时,大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱,光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题,基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设,建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性,通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁,结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型,从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明,在孔径0.05m至0.4m之间,实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%,理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。     

大口径元件反射率的镜面扫描精密测量系统

 为了测量高功率激光传输系统中大口径高反射率元件，研制了一种镜面扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理，分析了影响系统测量精度的因素，理论上估算的测量精度为2×10^-5。在直腔下对该系统的性能进行了实验测试，分析表明，系统的测量不确定度优于2.052 28×10^-5，最大测量误差为3.554 04×10^-5，与理论预计结果吻合较好。对大口径元件进行的多次实验扫描测试，结果显示，镀膜加工误差导致反射率分布是关于镜面中心呈旋转对称。该系统的使用大大简化了元件表面反射率分布的测量。     

漫透射成像法激光强度时空分布测量装置

 提出用CCD漫透射成像法测量激光强度时空分布和激光功率,给出了测量原理, 简要叙述了装置总体结构,介绍了测量装置各部分,给出了散射屏的散射特性,重点分析了光路布局、镜头焦距、光圈、景深、滤光片的参数选择,介绍了数据处理软件,给出了激光强度分布测量实验结果。结果表明：漫透射成像法测量激光强度时空分布是可行的,该装置测量强度分布分辨力高达5 mm;测量功率准确、可靠,测量不确定度小于6%,使用方便,实现了在小空间内对大光斑进行功率和强度分布的同时准确测量。     

高能高功率激光参数测量技术研究

简述了高能高功率激光技术的发展现状及其计量测试需求，介绍了近年来开展的高能高功率激光参数计量测试研究取得的进展，给出激光功率能量、时域参数和空域参数等测量原理和方法。指出了高能高功率激光参数测量面临的主要问题及需要突破的关键技术，包括大动态范围功率能量“无畸变”衰减技术、激光功率能量现场测量技术和功率能量计溯源及后向散射补偿方法等。     

Wavelength tunable,high energy femtosecond laser pulses directly generated from large-mode-area photonic crystal fiber

Wavelength tunable high energy ultrashort laser pulses are generated from a large-mode-area photonic crystal fiber in anomalous dispersion (AD) regime. A simplified laser cavity design with one fine polished facet of the fiber as a cavity mirror is used. The intra-cavity dispersion compensation is achieved by a grating pair, the spatial dispersed light from which also have optical spectrum filtering effects combined with the limited aperture of the fiber core. The laser system is able to generate ultrashort pulses ranging from 494 fs (with 56 nJ pulse energy) to 1.24 ps (with 49 nJ pulse energy) at 55 MHz repetition rate. The filtering mechanism benefits the generation of high energy pulses with narrowing pulse duration in AD regime. An undulation in frequency and time domain is also observed with the increase of the pump power. Furthermore, this laser system is directly used as seed for supercontinuum generation.     

半导体激光器光束准直系统的功率耦合效率

在长距离无线光通信中，接收点光功率密度与光束发散角平方呈反比关系，为了获得小的发散角和大的功率耦合效率，要求准直系统有较大的数值孔径(NA)，但数值孔径过大会增加像差，因此合理设计功率耦合效率与准直系统的数值孔径就非常重要。该文对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与k(孔径半径与孔径处等效光束半径之比)的关系表达式，并结合激光器光束准直系统，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与准直系统数值孔径的关系表达式。该研究结论对于半导体激光器光束准直系统设计具有参考作用。     

4×2×3阵列式放大器参数测量系统优化设计

 采用软边光阑和多级空间滤波器组合技术实现了光束的空间整形和等像面传输，利用Fresnel光束传输计算程序对4×2×3阵列式放大器参数测量系统进行了优化设计，分析了空间滤波器中小孔尺寸对光束波面传输的影响，并对优化设计结果进行了分析和讨论，所用方法和所得结论对高功率固体激光放大系统的设计有应用意义。     

一种实用化实时测温系统的优化设计

基于基尔霍夫定律，利用半导体激光器及钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的实时测温系统。依照测温系统各主要技术指标(温度分辨力、温度的标准偏差及测温范围)与各主要技术参量(激光光源的能量、波长、放大器的带宽及光学系统的相对孔径等)之间的关系，对实时测温系统的各主要参量(激光光源的能量、光学系统的相对孔径及放大器的带宽)进行了优化设计。实验表明，在测温范围673～1473K内，温度测量的不确定度优于0．3％，分辨力优于0．4K，均符合设计要求。     

条纹相机测量中的光束取样

从实验上探讨了用条纹相机测量大口径高功率固体激光束的脉冲波形时,取样光斑的大小对波形的精细结构与脉宽的影响。     

Intensity profile of chirped polychromatic laser in an apertured system

Propagation expression of chirped polychromatic laser in an aperture system is deduced in our investigation. Influences of the chirp parameter and the aperture width on the intensity profile of the chirped polychromatic laser are studied and illustrated by numerical calculation. The results showed that intensity of the wave rear presents spreading effect but that of the wave front presents narrowing effect. Namely, the intensity distribution spreads with decreasing the aperture width and increasing the chirp parameter in the wave rear whereas it tends to concentrate with increasing the chirp parameter in the wave front. A physical explanation based on a simplified representation indicated that the influence of the chirp parameter on the intensity was determined not only by its quantity but also by the sign of the local time.