变换限制脉冲的研究

对增益开关分布反馈半导体激光器（ＧＳ－ＤＦＢ－ＬＤ）加法布里－珀罗共振腔滤波方法产生变换限制脉冲源进行了理论分析，设计出将不同光源变为变换限制脉冲所需的滤波器带宽，并计算出相应的输出脉冲脉宽谱宽，从实验上获得了变换限制脉冲，本文还研究了测谱仪器分辨率对测量结果的影响，导出了一套测量修正理论。     

1.66μm和1.55μm光源对长距离光纤拉曼温度传感器测量时间影响的理论对比

通过理论分析,在综合考虑长距离光纤拉曼温度传感器中各光学器件波长相关特性的基础上,比较了1.66 μm和1.55 μm光源对传感器测量时间的影响.计算结果表明,由于各光学器件在1.5 μm波段的高性能和最大允许入纤脉冲峰值功率的增加,采用1.66μm光源的光纤拉曼温度传感器,最高可获得约1.94倍的背向反斯托克斯信号.在相同空间分辨率和温度分辨率的情况下,测量时间可以降低约3/4.     

串联式电光开关实现光脉冲宽度大范围可调

为了获得大范围脉宽可调的光脉冲,以连续激光为光源,采用两个外腔调制型电光开关,将该连续激光调制成单脉冲光源.其中两个外腔调制型电光开关采用串联方式工作,两者之间的检偏方向相互垂直,由第一级电光开关实现激光脉冲的快速开启,第二级电光开关实现激光脉冲的快速关闭.通过延时同步机对两个电光开关的动作时间进行控制,从而实现光脉冲宽度大范围可调.实验研究获得了最窄脉冲宽度40 ns,最宽脉冲宽度400 μs的532 nm激光脉冲.     

串联式电光开关实现光脉冲宽度大范围可调

为了获得大范围脉宽可调的光脉冲,以连续激光为光源,采用两个外腔调制型电光开关,将该连续激光调制成单脉冲光源.其中两个外腔调制型电光开关采用串联方式工作,两者之间的检偏方向相互垂直,由第一级电光开关实现激光脉冲的快速开启,第二级电光开关实现激光脉冲的快速关闭.通过延时同步机对两个电光开关的动作时间进行控制,从而实现光脉冲宽度大范围可调.实验研究获得了最窄脉冲宽度40 ns,最宽脉冲宽度400μs的532 nm激光脉冲.     

基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源

利用预估校正分步傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程, 模拟超短激光脉冲在全正色散光子晶体光纤中传输时的演化情况, 分析了不同脉宽和能量的脉冲对产生的超连续谱的影响. 结果表明: 无啁啾高斯脉冲在此全正色散光子晶体光纤中传输时, 始终保持单个脉冲特性, 提高脉冲峰值功率可进一步展宽获得的超连续谱.模拟结果同时表明, 利用中心波长为1060 nm, 脉宽和能量分别为50 fs, 15 nJ的脉冲抽运此光纤, 当传输12 cm 后便可获得具有较好的光谱连续性和光谱平坦度的超连续谱. 进一步模拟结果表明, 采用棱镜对对其进行脉冲压缩, 可获得脉宽约15 fs, 谱宽约700 nm的理想超连续谱光源. 关键词： 超连续谱 光子晶体光纤 全正色散     

1.66 μm和 1.55 μm光源对长距离光纤拉曼温度传感器测量时间影响的理论对比

通过理论分析,在综合考虑长距离光纤拉曼温度传感器中各光学器件波长相关特性的基础上,比较了1.66 μm和1.55 μm光源对传感器测量时间的影响.计算结果表明,由于各光学器件在1.5 μm波段的高性能和最大允许入纤脉冲峰值功率的增加,采用1.66 μm光源的光纤拉曼温度传感器,最高可获得约1.94倍的背向反斯托克斯信号.在相同空间分辨率和温度分辨率的情况下,测量时间可以降低约3/4.     

脉宽对超快激光平衡光学互相关测距影响的研究

采用基于平衡光学互相关的超快激光绝对距离测量方法对大气中一段15m的空间距离进行了测量。仿真了不同脉冲宽度、不同光强损耗对平衡互相关信号的影响,理论分析表明脉宽展宽对平衡互相关信号影响较大。采用中心波长为1037nm、重复频率为260MHz的超快激光器光源,搭建了测距系统。实验验证了在脉宽分别为1.44ps、132fs时,对平衡互相关信号的影响,实验结果符合理论分析。研究了不同脉冲宽度对测量分辨力的影响,结果显示,采样时间为5ms,脉宽为1.44ps,测量分辨力不低于50μm;而当脉宽为132fs时,测量分辨力优于5μm。     

可变增益放大器在脉冲振幅调制式藻类光合活性荧光测量中的应用

微弱信号探测中信号幅度很宽会导致幅度小的信号分辨率低,结合脉冲振幅调制叶绿素光合活性荧光仪中不同强度光源激发下光电倍增管光电流响应,采用多路选择开关D5201G芯片选择I/V转换电路中不同阻值的反馈电阻实现了对输入信号可变增益放大.0～118mV以下输入信号的理论增益值最高可达28.25 dB,同时输入信号的电压幅值最...     

利用锁模光纤激光器在色散位移光纤中产生超连续谱的研究

采用主动锁模光纤激光器输出的重复频率10GHz、脉宽7．97ps的脉冲作为抽运光源,无需压缩后直接抽运4．2km的普通色散位移光纤(DSF)．利用色散位移光纤中自相位调制、交叉相位调制等非线性效应的联合作用,获得了20dB带宽达125nm、覆盖整个C波段、L波段和部分S波段的超连续(SC)谱。实验研究了抽运光脉冲峰值功率和抽运波长对超连续谱宽度的影响,结果表明抽运光脉冲峰值功率越高,得到的超连续谱的带宽越宽;通过对抽运波长的优化,可以实现最大程度的超连续展宽;分析了滤波器带宽对脉冲质量的影响;利用0．4nm带宽的可调谐滤波器对从超连续谱中滤出脉冲的特性进行了研究,在超连续谱的不同波长处获得了脉宽为8．90～9．80ps、时间一带宽积为0．44～0．49的稳定的窄光脉冲。     

毫米级高分辨率的混沌激光分布式光纤测温技术

近年来,随着分布式光纤传感技术在各大基础设施健康监测领域的广泛应用,人们对能够实现毫米量级精准定位和监测技术的需求日益增长.本文提出了一种基于宽线宽混沌激光的高分辨率分布式光纤测温技术.实验通过改变光反馈混沌源的偏振匹配态和反馈强度等外部参数,产生了–3 dB线宽约为7.5 GHz的宽线宽混沌激光,并在300 m传感光纤实现了空间分辨率为7.05 mm的分布式温度测量.同时,为了抑制光源线宽增加造成的布里渊增益谱恶化,在泵浦路中引入了时间门控技术,其中经脉冲调制后的泵浦光峰值功率提高了约9.5 dB,同时脉冲调制使混沌互相关锁定于脉冲持续时间内,从而布里渊增益谱的信号背景噪声比由约2.28 dB提升为4.55 dB,最终实现了空间分辨率为3.12 mm的分布式温度测量.     

Femtosecond pulse shaping using counter-propagating pulses in a semiconductor optical amplifier

An efficient pulse shaping method using counter-propagating pulses in the femtosecond regime is proposed and investigated. The effects of pump pulse power and pulsewidth on probe pulse are studied in counter-propagation scheme. It is shown that, with the proposed method, output probe pulse temporal and spectral peak shift due to femtosecond nonlinearities can be compensated, while the output pulse is amplified sufficiently. Furthermore, in relatively high power regime, the probe pulsewidth and time-bandwidth product are improved using counter-propagating pump pulse.     

激光等离子体温度测量方法设计

为了获得高时间和空间分辨率的激光等离子体温度测量结果,基于等离子体温度测量的二谱线法,设计了一种激光等离子体温度测量方法。介绍了该方法的测量原理及时间空间分辨率实现方法。利用这种方法获得了空间分辨率微米量级、时间分辨率纳秒量级的激光等离子体温度测量结果,测量得到的激光等离子体温度为10^4K量级。实验结果表明,该方法能够获得具有很高时间空间分辨率的温度测量结果,具有较好的可行性。     

面向冰盖剖面的高空间分辨率分布式光纤测温系统设计

针对现有冬季冰盖垂直剖面温度检测技术的不足,设计了一种具有高空间分辨率的分布式光纤测温系统,介绍了系统的测量原理和总体结构,提出使用反卷积校正算法,避免了因受系统有限带宽影响而导致的测温不准,从而提升空间分辨率。同时进行了相关测温实验。该算法可以在保证温度测量精度的前提下,将系统的空间分辨率从1.3 m提升至0.5 m。设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,可以精确检测冰盖内部垂直方向上的温度变化,实现对冰盖厚度的识别。     

Actively mode-locked dual-wavelength fiber laser with close wavelength spacing using a fiber Bragg grating

A simple actively mode-locked fiber ring laser is proposed and successfully demonstrated to generate dual-wavelength picosecond pulses with close wavelength spacing using one Bragg grating in standard single-mode fiber. The proposed laser can be made to operate in stable dual-wavelength at room temperature, due to the birefringence characteristic of the FBG induced by transverse strain. Transverse strain loading on the FBG allows the wavelength spacing to be controlled. Generation of stable dual-wavelength pulses with a pulsewidth of 212–234 ps and a tunable wavelength separation from 0.2 to 0.44 nm at a pulse rate of 1.05 GHz was demonstrated.     

基于虚拟光波场的菲涅耳衍射计算及应用研究

为满足特定观测区域光波场的较高空间分辨率要求,提出一种在衍射计算中引入虚拟光波场,利用初始光波场的取样数表示观测平面任意区域衍射场的计算方法。通过应用该方法对具体实例进行模拟计算,结果表明该方法在观测区域所获得的有效信息量增加,所获得的衍射场空间分辨率可以达到5.2×10-3 mm/pixel,而S-FFT计算获得的衍射场空间分辨率为26.6×10-3 mm/pixel。并且在基于该方法的彩色数字全息波前重建的实验研究中,所得结果表明该方法能够取得更好的重建效果。     

Close spaced ultra-short bound solitons from DI-NOLM Figure-8 fiber laser

Ultra-short soliton pulses of 72 fs without any pedestal and CW components are observed from Figure-8 passively mode-locked fiber laser, which is incorporated with a dispersion-imbalanced nonlinear optical loop mirror (DI-NOLM). Bound states of asymmetrical solitons with pulse width of 103 fs and separation of 585.5 fs are also observed. The bound soliton separation and pulsewidth remain unchanged even after passing through 1.2 km single mode fiber (SMF) transmission.     

小型条纹管数值模拟及实验研究

针对无人机载及星载激光成像雷达系统对条纹管的小型化、高空间分辨率与大探测面积的应用需求,研制了一台具有高边缘空间分辨能力、高亮度增益的小型条纹相机.采用球面光电阴极、球面荧光屏技术提高了条纹相机的边缘空间分辨率和探测面积,有利于增大激光成像雷达的探测视场;采用狭缝型加速电极代替传统栅网电极,有利于提高条纹相机的电耐性和可靠性;设计了加载高达-15 kV工作电压的像缩小型条纹管,增大了条纹管的亮度增益,有助于增大激光雷达系统的探测距离.测试结果显示：在有效工作面积16 mm×2 mm内,条纹管静态空间分辨率高于29.3 lp/mm@MTF=5%（MTF表示调制传递函数）,亮度增益高达39.4.条纹相机光电阴极处静态空间分辨率高于15 lp/mm@CTF=11.64%（CTF表示对比度传递函数）;边缘动态空间分辨率高于9.8 lp/mm@CTF=5.51%;时间分辨率优于54.6 ps@T_screen=4.3 ns（T_screen为全屏时间）且在整个工作面积内具有较高的一致性;动态范围为345：1@54.6 ps.同时,为满足不同的景深及探测精度需求,相机设置六个扫描档位,可以实现不同扫速下的超快速目标诊断.该条纹相机在无人机载及星载激光成像雷达探测中具有潜在的实用价值.     

压缩感知技术在激光惯性约束聚变研究中的应用

激光驱动惯性约束聚变（ICF）研究是当前国际前沿科学中一个具有挑战性的研究领域,它以高能激光作为驱动源,在极短的时间内将大量能量注入靶丸中使聚变材料达到高温高密度的状态从而在靶丸中心形成热斑并引燃整个燃料层,最终实现可控核聚变。由于内爆热斑直径为50～100 μm,其持续时间为100～200 ps,离子温度达到5 keV,压力可达4.0×1016 Pa。因此,发展极端瞬态条件下的诊断技术具有重要意义。介绍了两种基于压缩感知技术的诊断方法,第一种是基于数字微镜阵列（DMD）进行编码的反射式可见光压缩感知技术,这种技术将现有的一维任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统相结合,有望实现一种全新的具有高时间分辨的二维VISAR诊断技术,将诊断维度从一维扩展至二维,同时它克服了现有的二维VISAR单幅成像的缺点,有望实现对内爆压缩过程流体力学不稳定性演化过程的连续诊断。由于基于DMD进行编码的反射式可见光压缩感知技术只能用于可见光波段,无法用于紫外与X光波段,为此还发展了一种透射式压缩感知技术。这种透射式压缩感知技术采用一种新颖的透射式元件实现对待测信号的编码,可以实现对紫外和X光波段信号的二维超快探测,有望实现对内爆热斑超快时空演化过程进行精密诊断。此外,针对单通道CUP技术的高时间分辨的优势和低空间分辨的不足,还提出了多通道编码、分别扫描、解码、再合成的全新的高时空分辨诊断系统基本思路,有望实现高时间分辨的同时,实现高空间分辨的二维新型诊断技术。     

Accurate optical wavefront reconstruction based on reciprocity of an optical path using low resolution spatial light modulators

A method for high precision optical wavefront reconstruction using low resolution spatial light modulators (SLMs) was proposed. It utilizes an adiabatic waveguide taper consisting of a plurality of single-mode waveguides to decompose an incident light field into simple fundamental modes of the single-mode waveguides. By digital generation of the conjugate fields of those simple fundamental modes a field proportional to the original incident light field might be reconstructed accurately based on reciprocity. Devices based on the method using transparent and reflective SLMs possess no aberration like that of a conventional optic lens and are able to achieve diffraction limited resolution. Specifically on the surface of the narrow end of a taper a resolution much higher than half of the wavelength is attainable. The device may work in linear mode and possesses unlimited theoretical 3D space-bandwidth product (SBP). The SBP of a real device is limited by the accuracy of SLMs. A pair of 8-bit SLMs with 1000 × 1000 = 10⁶ pixels could provide a SBP of about 5 × 10⁴. The SBP may expand by 16 times if 10-bit SLMs with the same number of pixels are employed or 16 successive frames are used to display one scene. The device might be used as high precision optical tweezers, or employed for continuous or discrete real-time 3D display, 3D measurement, machine vision, etc.     

三维空间非同步测量高分辨率声成像方法

为解决三维空间中声源成像分辨率低的问题,提出一种基于非同步测量的三维空间声成像方法.该方法首先通过移动球形传声器阵列扫描空间分布的声源,然后利用非同步测量技术近似得到大孔径、高密度的传声器阵列测量结果,最后通过传统波束形成算法成像.仿真及实验结果表明,该方法与单次测量下的波束形成方法相比,聚焦性能更好,空间分辨率高,可...