双边缘技术多普勒测风激光雷达标准具的优化

 优化了基于双边缘技术的直接测风多普勒激光雷达中F-P标准具的工作参数。确定激光谱宽后，选择适当的F-P标准具自由谱间距，可正确消除瑞利背景噪声的影响。分析了标准具镜面缺陷、非严格平行和入射光束发散角对其透过率曲线的影响。将标准具透过率函数表达为唯一系统参数，即反射精细度的函数；通过计算散粒噪声极限时的相对测量误差，可确定最优反射精细度以及激光频率相对标准具透过率中心频率的最佳偏置；由最优反射精细度可得到入射到标准具光束的最大发散角和标准具的最小通光口径。     

脉冲单纵模激光器中标准具精度与选模性能

根据脉冲单纵模激光器中的关键器件F-P标准具的选模原理,定量分析了不同参数F-P标准具的加工厚度精度、角度放置精度以及腔长变化对激光器纵模选择性能产生的影响,得到了对不同参数标准具的光学厚度偏差进行补偿所需的角度偏移量,研究了入射角度对标准具中心波长偏移的影响。这些结果对于脉冲单纵模激光器的机械结构设计、器件加工允差与装配调节精度的设计具有重要意义。在线型腔F-P标准具选模激光器中,得到了最大单脉冲能量8.41 J,脉冲宽度32 ns,近衍射极限的单纵模激光脉冲输出。     

一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法

本论文提出一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法.该方法利用光杠杆将金属棒受热膨胀时的伸长量转化为F-P标准具干涉光场中干涉条纹半径的变化,通过测量干涉条纹的间距便可实现对金属线膨胀系数的测量.由于该方法仅需测量F-P标准具干涉光场中外侧条纹的间距,并且F-P标准具的多光束等倾干涉可以产生锐利的干涉条纹,因此测量过程更加简便,实验结果的精确度更高.通过实验测量验证了该方法的可行性与可靠性.     

一种透过率随入射角近似线性变化的F-P标准具设计

为了由非机械扫描式F-P标准具的透过率得到来袭激光的入射角,设计了一种透过率随入射角近似线性变化的F-P标准具。把薄膜光学原理应用于F-P标准具的设计之中,考虑了斜入射条件下,特别是大入射角下,增透膜和干涉腔反射层特性参数变化对其透过率的影响,针对1.06μm激光,经过仿真设计,确定了F-P标准具主要参数。反射板选用K9玻璃,反射层采用单层ZnS膜时,腔长(475±5)nm,膜厚(65±5)nm,膜层垂直反射率20.7%～24.0%,对应标准具的透过率与入射角之间线性关系为T=-52.23θ+87.92,透过率非线性误差±5%;采用Ag膜时,腔长(460±10)nm,膜厚(3.80±0.15)nm,膜层垂直反射率22.4%～24.8%,T=-52.28θ+82.05,透过率非线性误差±4%。但具体的实现形式和制作工艺有待进一步研究。     

星载激光雷达F-P标准具高效温控算法的设计与实现

法布里-珀罗(F-P)标准具的研制是星载米散射激光雷达的关键技术节点之一。在分析温度对F-P标准具影响的前提下,结合常规PID温控算法和模糊算法原理,提出一种模糊算法与加入抗饱和参数的增量式PID算法相结合的高效温控算法,实现F-P标准具温度控制,将最终设定温度控制在±0.06 K范围内。该算法不仅实现简单,而且控制精度高,稳定性好,为星载米散射激光雷达窄带光学接收关键技术突破提供了保障。     

基于三级Fabry-Perot标准具的纯转动拉曼测温激光雷达

提出了新的纯转动拉曼测温雷达系统,即以种子激光注入锁定的Nd:YAG激光器为激发光源,采用基于三级Fabry-Perot(F-P)标准具的双通道分光结构代替双光栅单色仪结构.通过通道中宽带滤光片(带宽为7nm)及F-P标准具的组合使用,对532nm激发光的大气Mie-Rayleigh弹性回波散射抑制比可达10^-10,对量子数J=±6,J=±12的N₂纯转动拉曼散射光谱线接收带宽均小于10pm,因此能充分抑制大气背景辐射噪声及O₂纯转动拉曼谱线的干扰,从而实现了单谱线比反演温度,提高了探测精度,且可在白昼探测大气对流层温度.最后通过探空气球测得的对流层温度垂直分布逆向模拟了该系统双通道的Raman信号曲线,证实了该系统的可行性. 关键词： 拉曼激光雷达 纯转动拉曼散射 三级Fabry-Perot标准具 对流层     

基于单法布里-珀罗标准具的双频率四边缘鉴频光电探测技术

提出了一种基于单固体法布里-珀罗(F-P)标准具和可调谐半导体激光器的高精度鉴频新技术双频率四边缘技术。导出了F-P标准具反射谱和透射谱函数表达式,分析了双频率四边缘技术的鉴频原理;根据鉴频原理,给出了鉴频系统结构及相应的探测信号分析处理方法;进一步分析了噪声引起的测量误差,导出了具体的误差公式;与传统的基于F-P标准具双边缘鉴频技术的探测性能做了对比分析。结果表明,该技术通过对F-P标准具的透射和反射信号同时探测,鉴频精度将提高2.82~3.03倍,而且由于采用的是单固体F-P标准具,光路简单且系统成本低。     

用激光空腔锁定技术测量材料的拉,压弹性模量的相对误差

将一激光器的工作频率锁定在Fabry-Perot标准具(简称F-P)的共振峰上,利用F-P标准具光学共振频率随腔长的灵敏响应特性,用光学拍频方法测得F一P腔体材料在微小应力作用下的应变值,就可得到材料的弹性模量.本文就此提出了测量材料拉、压弹性模量相对误差的一种方法,并且实测了石英材料拉、压弹性模量的相对误差     

基于法布里-珀罗标准具四边缘技术的双频率多普勒激光雷达研究

对基于法布里-珀罗(F-P)标准具四边缘技术的双频率多普勒测风激光雷达进行研究。简要分析了F-P标准具四边缘双频率风速测量原理。详细介绍了基于F-P标准具四边缘双频率多普勒激光雷达系统结构。对发射激光双频率间隔、入射光束发散角、标准具有效口径和标准具干涉平板反射率等参数进行了详细的优化设计。根据选取的系统参数,对多普勒激光雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明:晴天天气条件下,在±25m/s的径向风速测量动态范围内,在满足径向风速误差小于2m/s的情况下,当发射激光仰角为60°、距离和时间分辨率分别为60m和1min时,系统在晚间和白天的探测高度分别可达到8km和6.5km。系统在晚间的整体探测性能明显要优于基于F-P标准具双边缘技术的多普勒测风激光雷达系统。同时,系统的探测性能受天空背景噪声的影响较大,系统在白天工作时应采用窄带宽的滤光片以提高系统的探测性能。     

强度解调的F-P干涉型光纤传声器

F-P干涉型光纤传声器具有灵敏度高、结构简单、抗电磁干扰等优势,论文针对基于强度解调的F-P干涉型光纤传声器展开研究。采用多光束干涉理论建立了系统光学模型,采用薄板小挠度弯曲理论建立了传声器振膜的声学模型,在此基础上得到传声器灵敏度的表达式。通过理论分析和仿真,得到了敏感单元结构参数对传声器灵敏度和响应频率的影响关系,并对F-P敏感结构的腔长和端面反射率进行了优化设计。应用厚度为3μm的镍膜,研制出光纤传声器样机,测得其灵敏度为268 mV/Pa、频响特性为±3 dB@50 Hz~4 kHz,可应用于恶劣环境下的声音传感。     

双波长二极管合束端面抽运掺镨氟化钇锂单纵模360nm紫外激光器

报道了一种双波长半导体激光二极管(LD)合束端面抽运掺镨氟化钇锂晶体(Pr~(3+):LiYF_4)全固态、单纵模360nm紫外激光器.该激光器采用V形折叠腔结构,利用反射式体布拉格光栅作为波长选择反射镜来压缩光谱线宽,与法布里-珀罗(F-P)标准具组合构成窄带滤波器进行单纵模的有效选取,通过Ⅰ类位相匹配切割的倍频晶体三硼酸锂对腔内720nm基频光进行倍频.在444nmLD输出功率为1200mW和469nmLD输出功率为1400mW时,合束抽运获得了功率为112mW的连续单纵模360nm紫外激光稳定输出,光-光转换效率为4.3%.测量结果表明,边摸抑制比大于60dB,4h功率均方根值稳定性优于0.5%,1h频率漂移小于220MHz,激光振幅噪声小于0.5%.     

星载激光雷达滤波器组件热分析及参数优化

为了有效提高星载激光雷达后继光学系统中滤波器组件结构热保温性能,保证其核心部件F-P标准具利用材料的热光特性进行中心波长调谐的精度,对滤波器组件进行了初步热结构设计。利用有限元软件Ansys Workbench对滤波器组件初始结构进行稳态热分析,确定加热功率范围,再对热结构中的关键参数进行基于灵敏度分析的多目标优化,并确定各参数的最优值。优化分析结果表明:标准具达到稳态设计工作温度48℃时,加热功率为7.05 W,节省功率消耗11.3%,标准具表面节点最大温差由原来的0.253℃减少为0.05℃,满足设计技术指标要求。     

提升啁啾脉冲激光信噪比的扫描滤波方法

基于扫描滤波原理, 提出了一种新的用以提升啁啾脉冲激光信噪比(signal-to-noise, SNR)的光学扫描滤波方法. 针对内置电光晶体的Fabry-Perot标准具的扫描滤波方案, 定量分析了其扫描滤波谱特性, 详细讨论了Fabry-Perot标准具平行平板的镜面反射率和内置电光晶体类型对输出脉冲信噪比的影响, 并进一步探讨了控制电压变化对信噪比提升效果的影响. 结果表明, 扫描滤波器的透射窗口带宽越窄, 信噪比的提升效果越好; 为了保证输出效果, Fabry-Perot标准具平行平板反射率应大于0.9; 对于内置二次电光晶体钽铌酸钾晶体的Fabry-Perot标准具扫描滤波方案, 其外加电压较内置普通线性电光晶体的方案更低, 且更易于控制; 钽铌酸钾晶体构成组分的不同对滤波器效果的影响并不大, 而控制电压和信号光啁啾率的变化则会对滤波效果产生较大影响.     

一种内置法布里-珀罗标准具选择He-Ne激光器内谱线的方法

He-Ne激光器中633 nm波长的增益远大于该波段其它5条谱线的增益,而且由于模式竞争的影响,通常情况下增益较低的相邻弱线(如629 nm波长)很难出光.提出一种在He-Ne激光器中加入法布里-珀罗(F-P)标准具来选择输出谱线的方法.通过选择适当的F-P标准具长度和反射率,可以达到抑制强线增益,使弱线振荡输出的目的.还采用高斯光束传输理论对谐振腔内F-P标准具的透射特性进行了仿真计算.     

用于激光稳频系统的控温F-P标准具特性研究

法布里-珀罗标准具由于其结构简单、性能稳定,不仅可以实现不同频率光束的分离、高精度的长度测量、分析激光的纵模结构等,还可用于激光器的稳频系统。本文对F-P标准具的透射率、半高宽度、自由光谱区以及透射率与温度的关系等特性进行了研究,并将其应用在激光器的稳频装置中。     

Passively Q-switched laser with single longitudinal mode based on the frequency selection of grating and F-P etalon in twisted-mode folded cavity

A passively Q-switched side-pumped laser with folded resonator is specially constructed for single- longitudinal-mode smooth pulse output. Nd：YAG is chosen as the laser active medium and Cr^4＋：YAG as the saturable absorber medium. Additionally, the method of frequency selection by grating with 1200 line/mm and Fabry-Perot （F-P） etalon is used in the twisted-mode cavity. The single-frequency smooth pulses are produced with 10-Hz repetition rate, 20-ns pulse width, and 1.064-μm wavelength. The proba- bility of single-frequency laser output measured is over 99% by using the methods of Fourier analysis and F-P etalon multiple-beam interferometry at the threshold voltage. The measured near-field and far-field angles of divergence are 1.442 and 1.315 mrad, respectively. The values of M^2 are 1.32 and 1.31 separately with the knife-edge method. Single pulse at 1.064 tim with the energy of 8.8 mJ is achieved in TEM00 mode.     

Stable single-longitudinal-mode fiber laser using PM FBG F-P etalon and PM fiber saturable absorber

we present a stable and high efficiency single-longitudinal-mode (SLM) fiber ring laser by using polarization-maintaining fiber Bragg grating Fabry-Perot (PM FBG F-P) etalon combining PM fiber saturable absorber. The PM FBG F-P etalon, which is directly fabricated in hydrogen-loaded PM fiber, is used as reflector and mode-selecting component to reduce the longitudinal-mode density greatly. Meanwhile, a segment un-pumped PM Er³⁺-doped fiber (EDF) serves as saturable absorber to suppress mode hopping and ensure the stable SLM operation. Stable SLM laser output at 1550.4 nm with linewidth of 2.0 kHz is observed. Laser output power is 43.7 mW for a pump power of 148 mW, optical-optical efficiency is 29.5% and signal-to-noise ratio (SNR) is larger than 55 dB.