窄脉冲外差体制CO2激光主动成像研究

根据大目标外差探测时发射功率P_T与距离R₂成正比规律的脉冲激光雷达方程和天线定理,利用国内最新研制的小型高重频电光调Q波导CO₂激光器,采用非线性扫描和激光器不等时发射技术,设计研制了一套窄脉冲外差体制CO₂激光主动成像系统,对室内20m处大目标实现了像元素64×32、成像速率10帧/s实时成像显示,图像质量较好,激光器峰值功率约为60W、脉冲重复频40KHz、前沿50ns、脉宽300ns.     

IN腔内CdTe电光调QCO2脉冲激光外差信号研究

本文较详细地实验研究了腔内CdTe电光调QCO₂脉冲激光及其外差信号的时域频域特性,其激光脉冲时域波形长的拖尾被发现.如果脉冲很弱,无法直接探测信号.而在这种条件下用外差检测方法,就可以探测到较强的脉冲拖尾外差中频信号,且拖尾持续时间很长.同时,讨论了在激光外差探测中本振和主振激光间偏频控制的可能性.     

Laser-induced Alignment and Coulomb Explosion of CO2

实验研究了CO₂分子在飞秒强激光脉冲作用下的动力学过程,包括分子取向,隧穿电离和库仑爆炸,激光强度从1×10¹³W/cm²变化到6×10¹⁴W/cm². 当激光强度小于分子的电离阈值时,CO₂分子的非绝热转动激发形成一个相干转动波包,波包演化导致分子沿激光电场方向取向. 激光脉冲结束后,分子取向可以周期性地再现,利用另一束激光可以对取向结构进一步进行修饰. 当激光强度大于分子     

基于遗传算法的CO2激光器三气体组份优化

应用遗传算法和数值求解CO₂激光动力学方程,以输出激光功率为目标函数,优化了典型封离型CO₂激光器三种主要工作气体(CO₂、N₂、He)的气体压强.对1.2m长谐振腔,在放电电压15kV条件下,三种气体的优化压强分别为PCO₂=1.15×133.3Pa、PN₂=7.36×133.3Pa、PH₂=13.33×133.3Pa.优化后激光功率可提高0.96倍.     

合肥上空大气二氧化碳Raman激光雷达探测研究

Raman激光雷达是用于大气成分探测与特性研究的有效工具.介绍了中科院安徽光学精密机械研究所自行研制的一台用于测量低对流层大气CO₂时空分布的Raman激光雷达系统,并进行了一系列观测实验和对比分析.系统选用波长355 nm的紫外激光作为光源,利用光子计数卡双通道采集大气中N₂和CO₂的Raman后向散射信号与Li-7500型H₂O/CO₂分析仪进行对比标定,通过反演获得了大气CO₂水平与垂直方向时空分布廓线,并且获得了合肥地区大气边界层CO₂的夜变化趋势.结果表明,大气CO₂在空间的分布相对均匀,Raman激光雷达与CO₂分析仪变化趋势一致性较好,能够对大气CO₂时空分布进行有效、连续的观测.     

Ti+(CO2)2Ar和Ti+(CO2)n(n=3-7)络合物离子的红外光解离光谱 (cited: 1)

利用脉冲激光溅射-超声分子束载带方法制备了气相Ti⁺(CO₂)₂Ar和Ti⁺(CO₂)_n(n=3-7)络合物离子．采用红外光解离光谱研究了这些选定的质量离子的振动光谱． 对于每一种络合物离子, 在CO伸缩振动频率范围都观察到了振动峰,表明这些离子具有插入的OTi⁺CO(CO₂)_n-1结构． 对于n≦5的OTi⁺CO(CO₂)_n-1离子,其CO振动和CO₂的反对称伸缩振动频率都比自由的CO和CO₂的频率要高,表明CO和CO₂配体与中心金属离子之间主要是静电相互作用．实验结果还表明TiO⁺可以直接络合五个配体(1个CO和4个CO₂分子)．对于n=2络合物体系,除了插入的OTi⁺CO(CO₂)结构以外,还观察到了具有弯曲结构的OCO-Ti⁺-OCO异构体的存在     

KGW 晶体外腔式高功率579 nm喇曼黄光激光器

报道了579 nm高功率KGd(WO₄)₂喇曼晶体外腔式喇曼黄光激光器的输出特性.基于808 nm脉冲激光二极管侧面泵浦Nd:YAG陶瓷、腔内BBO电光晶体同步延迟调Q和Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔外倍频方案,并通过外腔式KGW晶体Ng轴二阶斯托克斯喇曼频移,获得了579.54 nm黄光激光输出.当脉冲信号重复频率为1 kHz、532 nm泵浦光最高平均功率为5.02 W、脉冲宽度为10.1 ns时,获得了最高平均功率2.58 W、脉冲宽度7.4 ns、峰值功率348.6 kW的579.54 nm二阶斯托克斯喇曼黄光激光输出;532 nm至579.54 nm的光-光转化效率为51.4%、斜率效率为54.8%,光束质量因子M_x-579.54²=5.829、M_y-579.54²=6.336,输出功率不稳定性小于±2.35%.实验表明:外腔式喇曼结构能够高效地获得喇曼黄光,具有很高的光-光转化效率及良好的功率稳定性,并通过脉冲LD结合同步延迟电光调Q可获得高重复频率、高平均功率、窄脉冲宽度和高峰值功率的黄光激光输出.     

脉冲CO2激光器峰值功率的增益饱和现象

 从理论和实验的角度分析了在腔损耗调制状态下,当调制速度与CO₂激光转动能级间的弛豫速度相当时,激光器输出脉冲峰值功率与增益系数间存在的非线性特性：峰值功率随增益系数的增加,存在饱和现象。这种特性是CO² B-类激光器的特点,实验和理论模拟结果一致。     

激光触发SF6-N2混合气体开关的数值模拟

 在气体放电物理的基础上，对SF₆和N₂采用双光子电离模型，对碳氢化合物的光电离采用3能级模型，并考虑了混合气体的热电离和激光对气体的欧姆加热作用，建立了激光触发SF₆-N₂混合气体开关的数值模型，模拟了激光触发SF6-N2混合气体多级间隙开关实验。激光触发延迟时间的计算值与实验结果符合较好。理论计算表明：激光触发SF₆-N₂混合气体间隙开关的延迟时间随SF₆含量的增加呈上升趋势，而随激光脉冲能量、充气压力等的上升呈下降趋势。     

飞秒激光烧蚀LiNbO3晶体的形貌特征与机理研究

采用了不同能量的单脉冲和多脉冲飞秒激光对LiNbO₃晶体进行烧蚀，并刻蚀了表面衍射型光栅.通过扫描电镜和原子力显微镜观察了烧蚀点的形貌特征，首次发现利用单束飞秒激光脉冲对LiNbO₃晶体烧蚀，可以得到超衍射极限的烧蚀点，当聚焦光斑直径约为2μm、能量为170nJ的单脉冲飞秒激光作用时，烧蚀点的直径约为400nm，100nJ，17个脉冲作用时烧蚀点的直径约为800nm.同时可以观察到在能量较低的多脉冲飞秒激光作用下， LiNbO₃晶体呈现出大约200nm周期性分布的波纹状结构.实验结果表明，选择合适参数的飞秒激光脉冲可以对LiNbO₃晶体进行超衍射极限加工，这对于利用飞秒激光制作LiNbO₃基质的微纳光电子器件有十分重要的意义.     

脉冲相干激光雷达测距信号研究

对脉冲激光雷达外差测距信号进行了研究，理论上，采用调Q激光脉冲的数值计算波形，研究了脉冲激光经远处目标漫反向后进行外差接收的波形及其傅里叶变换频谱成分。实验上，研究了可调谐电光调Q射频激励波导CO2激光器脉冲激光经目标反射后的外差波形及其傅里叶变换频谱成分，并计算了目标的距离，理论分析与实验结果一致。     

脉冲激光测距回波信号时间选通处理技术

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率，提高测距性能，对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片，产生激光调制脉冲，并根据被测距离3.33 μs～33.33 μs时间选通方波信号，驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门，有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲，该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明:在脉冲回波信号60 dB的动态范围内，可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲，极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统，使系统测距精度提高12.6%。     

IN腔内 Cd Te电光调 Q CO_2 脉冲激光外差信号研究(英文)

本文较详细地实验研究了腔内 Cd Te电光调 Q CO2 脉冲激光及其外差信号的时域频域特性 ,其激光脉冲时域波形长的拖尾被发现 .如果脉冲很弱 ,无法直接探测信号 .而在这种条件下用外差检测方法 ,就可以探测到较强的脉冲拖尾外差中频信号 ,且拖尾持续时间很长 .同时 ,讨论了在激光外差探测中本振和主振激光间偏频控制的可能性 .     

光外差超声无损探伤系统的实验设计和信号处理

对光外差超声无损探伤实验系统的结构、原理进行了说明.分析了系统参数设计中信号光与本振光的光程差、探测器的相对位置和聚焦透镜的焦距这三个要素对外差效率的重要影响,根据理论计算所设计的光外差超声无损探伤系统,外差效率可达0.965.该系统用于由脉冲激励超声工件的内部探伤,观察到距离1 555 mm处钢管微小裂缝的超声反射信号.对零差信号利用三角函数拟合和最小二乘法进行数学处理,可测得裂缝处相对探测点的距离,相对误差为0.19%,可以达到对金属管道远程无损探伤的要求.     

CO2激光非线性四频外差探测的实验研究

本文从理论上对巳提出的四频外差探测技术作了阐述,并在实验上实现了非线性四频外差探测,得到了预期的结果.平方律放大器件是四频外差系统电信号处理的关键器件,本文对其原理作了叙述,并依此制成了一实用的器件用于本实验.     

基于有源Fabry-Perot腔的激光脉冲延时自外差研究

对注入有源Fabry-Perot腔内的单纵模脉冲进行了延时理论分析, 计算了Fabry-Perot腔内增益, 并对脉冲输出进行了数值模拟, 结果表明当脉冲能量衰减到一定值时, 新增抽运粒子数提供的增益可以补偿腔内损耗, 延时脉冲的输出可以达到稳态. 然后利用激光二极管侧面抽运Nd: YAG激光器做为Fabry-Perot腔, 对外部入射的单纵模脉冲光进行了延时, 得到了延时时间2 μups、脉冲数量140个的实验结果. 最后利用有源Fabry-Perot腔对参考光进行延时, 声光移频器对信号光产生频移, 进行了外差实验, 实验结果与移频器的设置值相符, 误差在4%以内.     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。     

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统仿真研究

鉴于偏频锁定技术在激光外差探测和激光雷达等方面的广泛作用,基于可编程逻辑器件,设计了适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统。在设计中,使用超高速电压比较器进行波形变换、多脉冲鉴频和大概率均值滤波进行数字鉴频,采用小步长快速控制方法进行调频,利用数模转换器和线性放大电路输出调频信号。借助信号发生器产生40ns脉宽的模拟外差信号对系统进行了仿真,实现了设计功能。对系统进行鉴频和调频测试,在40ns脉宽时鉴频误差范围为-7.5MHz～+7.7MHz。     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。     

A method of measuring micro-impulse with torsion pendulum based on multi-beam laser heterodyne

In this paper, we propose a novel method of multi-beam laser heterodyne measurement for micro-impulse. The measurement of the micro-impulse, which is converted into the measurement of the small tuning angle of the torsion pendulum, is realized by considering the interaction between pulse laser and working medium. Based on Doppler effect and heterodyne technology, the information regarding the small tuning angle is loaded to the frequency difference of the multi-beam laser heterodyne signal by the frequency modulation of the oscillating mirror, thereby obtaining many values of the small tuning angle after the multi-beam laser heterodyne signal demodulation simultaneously. Processing these values by weighted-average, the small tuning angle can be obtained accurately and the value of the micro-impulse can eventually be calculated. Using Polyvinylchlorid+2%C as a working medium, this novel method is used to simulate the value of the micro-impulse by MATLAB which is generated by considering the interaction between the pulse laser and the working medium, the obtained result shows that the relative error of this method is just 0.5%.