激光对红外系统的失效机理和破坏效应研究

 根据红外光学系统的会聚特性，用光学增益方法分析了红外系统中各元件对应的光强分布，确定了位于焦面附近光学元件是激光破坏的易损部件，并提出了强激光对红外系统元件损伤,造成其探测、制导功能失效的硬破坏机理；由红外滤光片、探测器和信号处理电路与入射激光波长的光谱响应分析，提出了弱激光对红外系统干扰，导致其探测、制导功能在激光辐照一段时间内失效的软破坏机理；开展了激光辐照红外系统的失效验证实验，较好地解释了其失效的机理和效应。     

激光斜入射窄带滤光片的热力效应

基于麦克斯韦方程组及热力学理论,分析了脉冲强激光在不同入射角、不同偏振态下辐照10.6μm窄带滤光片的热力效应,研究了不同入射角及偏振态下的温度场、应力场,计算了激光辐照下热力效应给窄带滤光片带来的通带漂移效应,比较讨论了不同入射角下的损伤阈值.结果表明:随着入射角度的增大,温升峰值的幅值与位置都有了较大的变化;P偏振光与S偏振光辐照引起的温升峰值都随着入射角度的增大逐渐下降;温升峰值的位置随着入射角的增大逐渐靠近滤光片与空气的界面;P偏振光与S偏振光引起的热力效应差异性越来越明显.在激光能量相同的情况下对比了不同激光入射角下的通带漂移特性,小角度入射时滤光片中心波长偏移超过200nm,10.6μm处透射率下降到6%以下.随着入射角的增大,滤光片熔融损伤阈值越来越大,而且在小角度入射时,P偏振光与S偏振光熔融损伤的阈值差别很小;当入射角大于30°时,P偏振光与S偏振光的熔融损伤阈值差别越来越大.以较小的功率实现激光对窄带滤光片的损伤需要考虑激光的入射角及偏振态.     

胶质红外量子点薄膜入射角对荧光特性的影响分析

胶质红外量子点优异的光学性能使其荧光特性具有广泛的应用前景，在实际应用中通常需要封装成薄膜形态以保持稳定的荧光特性。然而，分散形式的改变可能会导致量子点荧光效率降低以及荧光角度特性变化。因此，建立了红外量子点荧光强度探测系统，对胶质红外量子点薄膜在不同角度激发光入射时产生的荧光分布情况进行研究。实验及分析结果表明，激发光与样品表面夹角大小在10°～170°之间的较大范围内入射时，在反射及透射荧光区域均可探测到荧光峰值强度70%～80%以上的荧光出射，在这一范围内的反射荧光与透射荧光强度差异和荧光强度随激发光入射角度的变化规律分别与样品中量子点的浓度以及分布形态有关。同时，随着入射激光能量的增强，样品出射荧光强度对于入射角度变化的“平坦”范围进一步扩大。     

角度调谐滤光片特性分析及膜系设计

对窄带滤光片的倾斜入射特性作了分析.斜入射时其透射通带和峰值会向短波方向移动,透射曲线的稳定性跟滤光片的间隔层结构相关,多腔间使用相同的间隔层可以保证斜入射时有稳定的峰值透射率和带宽,利用该特点可以制备角度调谐窄带滤光片.透射光S和P偏振分量的中心波长随入射角度的增大出现分离现象,产生较大的偏振相关损耗.通过搭配不同厚度的高低折射率材料作为间隔层,改变其有效折射率,使其两个偏振分量的中心波长实现重合.设计了符合密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)系统要求的低偏振相关损耗四腔窄带角度调谐滤光片膜系,其可调谐范围达20 nm以上,并评估了所设计角度调谐滤光片的调谐性能.     

Q开关Nd:YAG脉冲激光对红外滤光片的损伤效应

 介绍了由滤光片膜层结构决定的激光在光学薄膜中形成温度场及驻波场特性。用1.06μm调Q Nd:YAG激光器，在激光脉冲宽度10ns和光斑直径0.61μm的条件下，进行了激光辐照红外滤光片的损伤特性实验研究。根据脉冲激光辐照红外滤光片后样品损伤分析，发现滤光片的最初损伤发生在里面的膜层中，从而在实验上验证了计算得到的滤光片膜层中存在其温度场及驻波场的结果。它对提高红外滤光片的抗激光辐照能力研究具有一定的参考价值。     

光锥角对窄带滤光片透射率的影响及补偿方法

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中,但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响,设计了非规整型全介质膜窄带滤光片,分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化,建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型,定量求解了等效透射率及中心波长漂移量,并对理论模型进行了实验验证。结果表明,锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移;在镀膜工艺相对稳定的基础上,理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以,可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化,并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜,进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择,这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。     

单腔,双腔窄带干涉滤光片在单色光照射下的光散射

从理论和实验上讨论了单腔、双腔窄带干涉滤光片中的光散射现象，结果表明：光散射主要是由干涉滤不片和腔结构引起的。当波长小球滤光片峰值波长的激光束入射到该滤光片上时，在滤光片两侧形成散射光锥，散射光的散射角等于滤光片峰值紫移到入射光波长时滤光片所转过的角度，理论计算和实验结果符合得很好。     

激光入射角度对薄膜热场分布影响的数值分析

在多层介质薄膜中，激光的入射方式是影响薄膜抗损伤能力的关键因素之一.提出了一种模拟锥角高斯光入射多层介质薄膜后电场和热场分布的方法.该方法能够分析薄膜中高斯光各个角谱分量叠加形成的电场分布，进而得到由于薄膜本征吸收产生的热量沉积以及薄膜内部的温度场分布.针对中心波长为4.3 μm的中红外高反膜进行了分析，给出了高反膜系的温升峰值随激光入射角度和偏振态的变化.结果表明：对于s偏振光，斜入射时膜系的最高温升峰值高于垂直入射峰值，而p光的结果则相反.此种模拟方法克服了原有方法对激光入射角度的限制，较好地反映出斜入射情况下激光偏振态对薄膜损伤的影响. 关键词： 多层介质薄膜 高斯光 热过程 数值分析     

红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射光谱研究

为研究红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射特性,制备了红外低发射率隐身涂料,测试了其可见光效果、红外热像图及红外发射率等特性参数。以土黄色红外低发射率涂料为测试样品,利用透射式太赫兹时域光谱系统获得了样品在太赫兹波段的复折射率。分析了特征矩阵理论,并利用特征矩阵理论计算了涂层厚度(0.3~0.5 mm）与入射角度(0°~60°)的变化对入射太赫兹波反射特性的影响。结果表明,在相应厚度及入射角度范围内,太赫兹波在0.8 THz频率下具有多个反射峰值,最高值可达90%以上,有利于实现太赫兹波对红外低发射率隐身涂层下金属目标的探测。此外,涂层厚度变化对入射太赫兹波反射率具有较大影响,涂层越厚,太赫兹波的反射振荡越多,反射峰值越大。入射角度对太赫兹波的反射特性具有一定的影响,但整体影响不大,有利于太赫兹波实现多角度目标的探测。最后,以表面均匀涂覆0.42 mm厚涂料的金属板为测试样品,实验测量了样品在0.1~1.5 THz频率范围内的反射特性,并与部分理论计算结果进行对比。结果表明：实验测量结果与理论计算结果在数值和趋势上较为吻合,但也存在一定的偏差。究其原因,主要由样品厚度和样品参数误差导致,但依然可利用特征矩阵理论研究红外低发射率涂层对太赫兹波的反射光谱特性。     

中红外带通滤光片的设计与制备

中红外带通滤光片在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用,峰值透过率和通带半宽度是带通滤光片的重要指标,主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。论述了一种在锗基底上采用锗和硫化锌两种材料设计并成功制备出中红外带通滤光片的方法。详细介绍了镀膜材料的选择以及这种方法的设计理论,给出了膜系结构,运用离子辅助沉积工艺在ZZSX-1100镀膜机上制备出了这种滤光片,测试结果表明:所制备的滤光片峰值透过率达到87%以上,通带半宽度为70 nm,光谱性能稳定,膜层致密,附着力好,膜系结构简单,易于实现。     

An angle-resolved laser incident beam detector based on a pair ofFabry-Perot etalons

An angle-resolved laser detector based on a pair of a non-mechanical scanning Fabry-Perot cavities is described. The differential signal from the two cavities is approximately independent from the polarization of the incident laser beam and it is used to determine the angle of incidence of the beam on the Fabry-Perot cavities. The F-P etalon is made of interferometric filter combination. A laser incident angle sensor experimental platform is built up, and the experiment is carried out with a given laser range finder. When the incident angle is less than 5°, the transmission difference measured by the laser angle sensor is significantly lower than theoretical value, and deviation is more than 10%. When the incident angle is greater than 10°, the deviation is much lower than that of the situation of the incident angle is lower than 10°.     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...     

大视场激光接收机设计

 介绍激光指令制导和激光驾束制导的大视场激光接收机的设计原理,给出接收光场的数学模型,由斜入射平行光的衍射光场推出探测光学系统的视场角公式,根据1064nm大视场激光接收机技术要求,以聚光物镜型探测光学系统为例,探讨接收光学系统既须具备特大相对孔径,又须具备无晕接收性能的设计特点,采用窄带干涉滤光镜进行光学滤波降噪。给出一种适用于高重频(200kHz)工作的低噪声放大器的设计实例,介绍了低噪声放大电路的设计原理。测试结果表明：设计的大视场激光接收机的接收视场角≥±10°,、动态范围≥40dB,当放大器输出信号信噪比等于4时接收灵敏度Pmin=5.38×105W。     

Wave propagation in a one-dimensional photonic crystal with metamaterial

This paper deals with the study of the transmission of electromagnetic waves through a one-dimensional multilayer periodic structure consisting of alternating slabs of negative- and positive-index media. It also focuses on the behavior of the transmission with the angle of incidence for both polarizations. The proposed structure works as a tunable p-polarization filter i.e. a filter which completely blocks the s-polarized wave but partially allows the p-polarized wave to pass through it for an angle of incidence greater than 20 ^°. For angles of incidence less than 50 ^° the structure works as a tunable edge filter.     

高斯光束斜入射窄带滤光片的透射光强分布

基于多光束干涉原理,推导了高斯光束斜入射角度调谐窄带滤光片后的透射光强表达式.在此基础上研究了入射角对高斯光束的透射特性的影响.计算和实验结果表明：随着入射角的增大,透射光强的光斑会出现一定程度的展宽现象|当入射角度较小时,输出为单一光斑,但其光强峰值位置产生了一定的偏移,并不在呈现高斯分布|当入射角度较大时,输出则为一系列的离散光斑.     

高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.     

入射角对偏光棱镜光强透射比的影响分析

标志激光偏光棱镜设计好坏的一个重要指标是棱镜的光强透射比,研究棱镜的光强透射比随入射角的变化有助于了解实验中光线非正入射时带来的光强损失。利用菲涅耳公式并考虑到多束光的干涉,得出了激光偏光棱镜的光强透射比公式,由该公式看出偏光棱镜的光强透射比与光束的入射角,胶合介质的折射率,入射波长,胶合层的厚度,入射面的方位及棱镜的结构角有关。通过对某些参数的合理设定,较系统地讨论了入射角对棱镜光能透射比的影响,得出了棱镜的光强透射比随入射角的变化规律。     

无源光接入网单纤三向消偏振截止滤光片的研制

无源光接入网单纤三向技术是实现音频、视频、数据集成传输的关键技术。由于单纤三向滤波要求薄膜器件是大角度入射,因而所造成的偏振分离限制了信道的分离。在单纤三向滤光片的设计中,通过运用消偏振截止设计的方法,经过理论分析,并在莱宝APS1104机上镀膜,研制出了入射角为45°时偏振分量截止位置重合的消偏振截止滤光片,消除了偏振截止分离的影响。     

双折射滤波片的优化参量

研究了双折射滤波片的滤波和调谐性质。利用矩阵方法和反射、透射系数,给出了波片两个界面的菲涅耳系数。利用相移公式和光线轨迹公式,由入射角和光轴方位角可计算波片精确的相移公式。将上述系数和这一波片的相移公式用于琼斯矩阵,得到透射率的本征矩阵。该矩阵的本征值即为波片的透射系数。由此,给出了波片的主要性质(特别是透射宽度),讨论了波片参量(入射角、方位角和厚度)对波片性质的影响。利用相移公式,讨论了波片的调谐性质,并给出了选择参量的最佳范围。对石英波片,最佳参量为:厚度约在1500~2000μm,方位角大于45°,循环系数r尽可能大。在激光器增益较大时,选择较小的入射角。     

A new type Lyot filter insensitive to incident angle

The shifting direction of a central wavelength for a quartz birefringent filter is found different when the filter is rotated around the axis parallel and perpendicular to the quartz optical axis in this paper. Based on this result, a new type of two-stage modified-Lyot quartz filter is presented, which show that the central wavelength of this new type Lyot filter is actually insensitive to incident angle through theory analysis when incident angle is less than 18°, and the maximum transmission decrease only about 66% compared to normal incidence. Moreover, this conclusion is in good agreements with relative experiment results.