激光在烟幕中传输的蒙特卡罗模拟

建立蒙特卡罗计算模型,模拟计算1.06μm脉冲激光在石墨烟幕中的传输.分析透过率与石墨粒子粒径、烟幕浓度、烟幕厚度的关系,用卷积方法计算一定宽度的脉冲激光穿过烟幕后的波形,数值仿真δ脉冲和矩形脉冲激光在各种石墨烟幕中的时间展宽特性.模拟结果表明:石墨粒子存在一最佳半径(0.16μm),该半径的石墨粒子烟幕不仅使激光能量衰减最强,而且产生的时间展宽也最显著;激光脉冲宽度越小,其波形变化和时间展宽越显著,微秒量级脉宽的激光脉冲穿过烟幕后波形变化和时间展宽效应不明显.     

利用CCD研究激光束在大气随机信道中的传输特性

介绍了无线光通信系统中激光信号通过随机大气信道时，由于激光与大气介质的相互作用．对光信号产生的散射、吸收和湍流等效应。上述一系列效应对激光信号的传输产生巨大的影响、其中最为重要的影响效应有衰减、光束闪烁及抖动效应。通过一实验装置、利用CCD对通过大气信道的光束在不同能见度、不同大气条件和不同时刻等条件下对激光传输信号的图像的拍摄及所拍摄的图像的对比分析，验证了理论分析中的各种大气随机信道的效应。     

大气湍流中超短高斯激光脉冲的时间域展宽模型研究

穿过大气湍流的高斯激光脉冲在时间域的展宽行为与高斯脉冲通过理想高斯滤波器后的时域展宽行为相似。因此,为了激光通信信道仿真的需要,提出用级联巴特沃斯滤波器来逼近理想高斯滤波器的方法对这种时间域上的展宽行为进行建模。逼近后的高斯滤波器的3dB频率点与大气湍流的物理参数(包括折射率结构常数和湍流外尺度)和传播几何路径长度联系在一起,从而将高斯脉冲的展宽与所通过的大气湍流环境参数相结合并得到了模拟高斯脉冲展宽的解析表达式。该模型和由模型参数表示的高斯脉冲展宽的解析表达式不仅在湍流弱起伏区有效,而且在从弱起伏到中等起伏再到强起伏的整个区域中都有效。     

脉冲激光探测水下目标回波特性分析研究

海洋表层是水下生物以及水下目标的主要活动区域,对海洋表层中的目标进行高精度的探测是一个十分重要的课题。本文建立了半解析蒙特卡洛激光辐射传输仿真模型,能够对机载海洋雷达回波信号过程进行全链路仿真,并且讨论了不同形状(包括：平面形、圆锥形、球形和类球形)目标的最大回波辐射强度随着水下深度分布。基于此,本文分析了脉冲激光雷达回波过程中不同目标在相同场景下考虑的截止散射阶次对回波信号的能量占比贡献。最后,分别从脉冲激光回波半峰全宽(FHWM)以及海水后向散射信噪比(SNR)两个方面分析了不同形状的水下目标识别过程中海水的后向散射对脉冲激光回波的回波半宽增宽效应以及不同深度下的海水后向散射信噪比。     

沙尘天气下能见度对光脉冲时延和展宽的影响

针对激光脉冲在沙尘天气中的时延和展宽问题,以光信号在离散介质中的传输理论为依据,求解了脉冲信号在传播过程中的双频互相关函数,推导了沙尘天气下的脉冲响应。通过分析沙尘天气中不同能见度下激光脉冲时延和展宽的变化情况,得到了激光脉冲的时延量和展宽量与沙尘能见度间的关系,并分别研究了波长为3.8、7.6和10.6 mm的激光脉冲的时延和展宽与沙尘天气中大气能见度间的关系。结果表明:在波长一定的情况下,激光脉冲的时延量和展宽量随能见度的增加呈负指数形式减小,并逐渐趋于稳定值。同时,在能见度一定的情况下,激光脉冲的时延量和展宽量会随信号波长的增加而增加。     

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。     

基于退偏振比探测的大气激光通信

针对大气激光通信中多径散射效应产生的通信链路码间串扰问题,提出了一种基于退偏振比探测的大气激光通信传输方案。利用光子追迹和Stokes矢量变换进行了Monte Carlo仿真;通过设置不同的云层物理厚度和消光系数,得到接收光退偏振比与云层光学厚度的一一对应关系;基于Stotts公式,得到接收光退偏振比与平均脉冲时间展宽的对应关系。提出了在多径效应影响下的最佳通信传输速率方案,该方案在激光通信系统接收端直接进行退偏振比探测,可有效评估大气信道环境的多径强度,进而在保证激光通信传输质量的同时实现最大的通信传输速率。该研究在星地激光通信以及自适应激光通信的通信链路优化领域具有理论指导意义和应用价值。     

大气信道对垂直发收模式紫外光散射通信性能影响的仿真

介绍了非直视单散射信道模型及其在椭球坐标系下的求解方法.在此基础上,针对垂直发收模式,研究了大气信道对紫外光通信系统的影响.对不同天气、不同通信距离条件下,大气信道所产生的能量损耗、时间延迟和脉冲展宽等进行了定量分析和仿真.仿真结果表明:能量衰减随能见度变化曲线存在拐点,即并不是天气越好,能见度越高,系统接收能量越大;通信距离1km时,能见度18km处出现能量衰减最小值;能量衰减随通信距离非线性递增,通信距离1km时,能量衰减近100dB;随着通信距离的增加,时间延迟和脉冲展宽都近似呈线性增长,通信距离1km时,时间延迟接近5μs,脉冲展宽大于10μs.     

包容性非球形气溶胶粒子的散射特性及其对激光传输的影响研究

针对局部地域大气气溶胶的生成、演化的特点,在分析典型对称结构的包容性非球形气溶胶粒子的形态学特征基础上,利用T矩阵法进行了椭球形粒子含非球形粒子的包容性粒子光散射特性计算和分析.以1 064nm波长激光传输为例分别计算了两种典型分布状况的包容性非球形粒子的散射相函数等散射特性,并针对稠密气溶胶大气路径上激光传输的多散射现象,利用蒙特卡罗方法进行了典型大气状况下包容性粒子多次散射对激光信号大气传输中脉冲展宽的应用分析,在传输3km和5km距离时多次散射效应造成激光脉冲峰值半宽分别为3μs和4μs左右.指出气溶胶的基本散射特性与粒子的形态学特征、尺度因子、化学成分及颗粒密度等有密切的关系,其散射特性对激光信号的大气传输具有明显的影响.     

机载激光探测空中目标脉冲回波特性研究EI北大核心CSCD

分析了空中目标态势的影响因素以及与激光脉冲回波参数的关系;考虑了目标的距离、速度、进入角和尺寸等因素对脉冲时延和展宽的影响,建立了相应的关系模型,得出了不同因素对脉冲时延和展宽有不同影响程度的主要结论;探讨了激光大气斜程传输过程,提出了一种激光大气斜程透射率计算方法,对一般的激光大气传输能量衰减模型进行了改进,得出激光脉冲能量随距离的增大和目标投影面积的减小而呈现指数衰减规律;搭建了实验系统平台,并对实验采集的回波数据进行了分析;对比了脉冲展宽理论计算结果与实测结果,二者相对误差控制在6%以内,具有很好的符合程度,验证了所建模型的有效性。得出的结论具有为反演空中目标态势信息提供一定参考的价值。     

kW级主振荡功率放大光纤激光器输出特性

分析了kW级光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式。采用主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08 m、最大输出功率1.05 kW的全光纤单模激光输出。对激光光谱和光束质量随激光功率的变化等输出特性进行了研究,结果表明:随着激光功率的增大中心波长和光束质量无变化,但谱宽逐渐展宽。分析了激光光谱展宽的原因,认为随着激光功率的增大,光栅纤芯的折射率变化增大,引起本振级的谱宽展宽,而本振级因谱宽展宽引入的噪声在放大级被放大,再加上放大级本身引入的自发辐射,共同造成放大级的谱宽展宽。对光束质量变差的原因进行了分析,认为光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,从而使光束质量变差。     

激光通道传输热特性对远场光束质量的影响

 通过仿真计算分析了激光在光束控制系统通道内传输所产生的热效应及其对远场光束质量的影响。激光传播由近轴波方程描述，用快速傅里叶变换技术求解；激光热效应引起的流场密度变化采用完全Navier-Stokes方程计算。计算给出了不同波长、不同吸收系数条件下的远场光斑情况。计算结果表明，在典型的工作条件和状态下，较高能量激光在光束控制系统通道内产生的热效应影响不容忽视，它会明显降低远场目标处的能量集中度，增大光斑的发散。     

不同偏振飞秒激光经块状材料传输后的脉宽压缩

实验研究了线偏振和圆偏振状态下的飞秒强激光脉冲在块状材料中的传输过程。不同偏振的激光脉冲在传输过程中得到了不同程度的光谱展宽,经色散补偿后,脉冲时域宽度均得到了压缩。详细分析了压缩脉冲的脉宽以及啁啾情况与入射激光脉冲能量之间的关系,比较了飞秒激光在线偏振及圆偏振情况下的不同压缩效果。在线偏振入射光情况下得到了最短21fs的压缩脉冲宽度,在圆偏振情况下得到的最短脉冲宽度为22fs。实验结果表明,这种光谱展宽与色散补偿方式对圆偏振光同样适用,而且圆偏振的入射激光将更有利于对更高能量的脉冲进行压缩。在色散补偿量相同的情况下,压缩效果随入射脉冲能量变化的规律符合理论估计。     

Effect of thickness on the optical nonlinearity of gold colloidal nanoparticles prepared by laser ablation

The effect of thickness on the nonlinear optical properties of Au nanoparticles which produced by laser ablation of high purity gold bulk in distilled water were investigated by employing different optical techniques. Experiments were performed on the 0.3, 0.6, and 1 mm thickness cells of Au nanoparticles-fluid. The effect of nonlinear refractive index of samples on the laser beam broadening was observed. The optical limiting behavior of samples is investigated by measuring the transmitted intensity of the laser beam through the samples. The third order nonlinearity of Au nanoparticles-fluid was measured by using Z-scan data. Results show a positive second order refractive index and absorption coefficient for Au nanoparticles-fluid that are increased in due of increasing the thickness of the cells. The magnitudes of both real and imaginary parts of third order susceptibility of samples are increased by increasing the thickness.     

Propagation of the ultrashort laser pulses through the quantum nonlinear medium with resonant properties

The propagation of ultrashort few-cycle laser pulses through a quantum nonlinear medium with resonant properties is studied using the method of slowly varying amplitudes with allowance for dispersion effects. A self-consistent system of nonlinear wave equation for the evolution of laser field and the nonstationary Schrödinger equation that determines the material polarization response is numerically solved. Specific features of the propagation of laser pulse caused by a relatively large spectral width and the nonadiabatic character of the laser pulse are established. The rise of the slowly dumping polarization at the eigenfrequency of the medium and the consequent stretching of the laser pulse are observed. The role of the resonant absorption of the laser energy in the medium is analyzed. The nonlinear spectral broadening is demonstrated for the laser pulse propagating through the medium.     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号.基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大,且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化;脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回波信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

近距云雾回波蒙特卡罗模拟与实验测量

在激光引信中,云雾后向散射会产生引发虚警的回波信号。基于蒙特卡罗法对云雾回波信号进行了模拟仿真,并在云雾室内开展了测量实验,利用测量结果对理论模型进行了验证。研究结果表明:当发射脉冲宽度小于10 ns时,云雾散射回波展宽效应显著,且展宽效应主要是由多次散射产生的;激光回波的实验测量结果与理论计算结果吻合得较好,都近似为高斯波形,且其回波宽度的差别小于6%,回波功率差别小于30%。     

皮秒光纤激光脉冲两个关键问题的研究

窄带耗散孤子锁模光纤激光器可以产生接近变换限制的皮秒脉冲，但受非线性相移的限制，输出脉冲重复频率不能通过增加腔长来降低，脉冲能量仅在0.1 nJ以下，严重制约着这类皮秒脉冲的实际应用。提出一种通过耦合器抽取腔内脉冲能量、抑制腔内非线性相移积累，进而允许增加腔长来降低窄带耗散孤子皮秒光纤激光脉冲重复频率的方法。运用该方法，成功地将激光器重复频率由35.2 MHz降低到了1.77 MHz，且脉冲时频特性保持不变。提出了一种基于级间FBG陷波滤波的抑制皮秒脉冲光纤放大中光谱展宽的方法。通过简单地使用级间陷波滤波器，既可窄化第一级光纤放大器后的输出脉冲谱宽，允许采用第二级光纤放大器进一步提升脉冲能量，而且，还可将脉冲重塑为近高斯形，利用高斯脉冲光谱展宽斜率小的特点，允许第二级光纤放大器将脉冲能量提升得更高。利用该方法，在RMS（均方值）谱宽保持0.4 nm以内的前提下，10 ps脉冲经标准单模光纤放大器后，能量可由0.2 nJ可提升到10 nJ以上。     

高平均功率面阵二极管激光器散热分析

 采用三维有限元法分析了面阵二极管激光器背冷式封装结构的散热效率,对次热沉厚度,冷却器结构参数进行了优化设计,计算结果表明,优化设计后的封装结构,可满足面功率密度为500W/cm²,占空比为20％的高平均功率面阵二极管激光器的散热要求。