大气背景下盖革模式APD激光雷达探测性能计算

盖革模式工作的雪崩光电二极管,以其灵敏度高著称,广泛应用于天文观测、粒子物理学、激光雷达以及通信领域.但是由于雪崩光电二极管易受到噪音的影响,特别是在背景光较亮的白天,背景噪音对探测有很大影响.本文针对白天大气背景噪音的情况,建立了盖革模式雪崩光电二极管的探测统计模型,通过设定不同探测器阈值和噪音值进行仿真计算,分析了探测阈值与噪音对虚警率的影响,给出了提高最远探测距离的途经与方法.通过限制滤光片带宽、减小探测器开启时间等方法可以将背景噪音光子数减小到2,在900km处的探测成功率为96.6%.对雷达散射截面为1m2的非合作目标,探测成功率为70%.     

高功率掺镱光纤放大器中频率上转换发光现象的研究

建立了半导体抽运的高功率掺镱双包层光纤放大器实验系统,对放大器中的频率上转换发光现象进行了理论和实验研究,分析认为实验中由光纤侧面和两端观测到的绿色荧光是处于激发态的Yb2 相互作用,同时湮没而产生的合作荧光.分别对光纤放大器信号端和抽运端输出的荧光谱进行了测量.将实验谱线与理论计算得到的合作发光谱进行了对比分析.研究了信号光和放大自发辐射对上转换发光的影响,根据速率方程推导出荧光强度与抽运功率之问的理论关系表达式,同时通过实验获得了荧光强度与抽运功率的关系曲线.     

载波调制高斯脉冲激光水下传输特性的仿真分析

光在水中传输时的吸收和散射效应使得激光的水下传输特性变得复杂,尤其是后向散射会造成目标对比度降低,导致利用激光进行水下探测时面临挑战,而载波调制技术可以用来抑制水下激光雷达的后向散射。利用基于蒙特卡罗方法的计算机仿真技术建立余弦调制高斯脉冲激光水下传输模型,并讨论光载微波脉冲宽度、调制频率和调制深度等参数对探测结果的影响。结果表明:相比于传统脉冲激光雷达的仿真结果,载波调制相关检测技术可以有效提高水下目标对比度;脉冲宽度存在最佳值,调制频率对目标回波信号的信噪比和测距精度有影响,调制深度越大,目标回波信号的信噪比越高。     

基于黑色层纳米薄膜的可重构可见光滤波器

基于铁电材料的介电可调特性,提出一种新颖的基于黑色层纳米薄膜的可重构可见光滤波器,并比较了它与一维光子晶体滤波器反射光谱的可重构特性.实验结果表明,利用黑色层吸收非相干散射光可显著提高反射颜色对比度.当钛酸钡(BTO)薄膜的厚度从100 nm变为140 nm时,反射光谱的峰值波长由383.7 nm移动至501.2 nm,纳米薄膜的反射颜色从紫色变为蓝绿色.反射光谱的测试结果与有限元的模拟结果一致性良好.计算结果表明,当BTO薄膜的厚度为170 nm时,在21.8V直流驱动电压下,其折射率由2.4变化至2.0,反射峰值波长由595.3 nm移动至513.9 nm.     

基于衍射光学元件的全光分幅成像技术

超快成像技术可用于研究爆炸、高压放电等超快现象,其中,全光分幅成像技术可克服光电转换的时间限制,具有很大的发展前景。利用衍射光学元件和窄带滤波片搭建了全光空间分幅成像系统,成功实现阵列分幅成像,并分析了不同波段的成像效果。实验结果表明,所设计的全光空间分幅成像系统,可在不同波段内实现4×4阵列的16分幅成像;且图像幅间的非均匀性相对标准偏差为7.4%,幅内非均匀性均值为2.83%,全光分幅成像系统在分辨率为35 lp/mm时的调制传递函数为0.991。     

空间近距离非合作目标的光学主被动复合探测

以天基空间目标探测研究为背景,提出了一种空间近距离非合作目标的光学主被动复合探测系统。该系统由扫描和凝视两套被动成像子系统和一套主动激光雷达子系统组成。两套成像子系统的配合能实现大范围搜索,高精度定向及目标的识别、跟踪,克服了以往空间探测器在设计中存在的大视场与高分辨率的矛盾。激光雷达子系统具有对目标精确测距、测速的能力,再配合被动成像子系统给出的目标方位信息,使整套系统可对空间目标进行球坐标定位,计算其轨道参数。在假定条件下进行了系统设计举例,分析了设计中的各个关键技术,给出了系统相应的关键设计参数。为星载光学探测系统设计提供了一种新思路、新途径。     

Experimental Study on Influence of Atmospheric Turbulence on Coherence of Dual-Frequency Laser

The influence of atmospheric turbulence on the coherence of a dual-frequency laser beam is studied experimentally. An atmospheric turbulence simulator is inserted in one arm of a Mach-Zehnder interferometer. A single frequency laser beam and a dual-frequency laser beam with a frequency difference of 100 MHz travel through the interferometer, respectively. The visibilities of the interference fringes of the single and dual-frequency laser beams under different turbulent forces are compared. When the turbulence becomes stronger, the visibilities of the interference pattern of the single frequency interferometer decrease more rapidly. This shows that the atmospheric turbulence has less influence on the coherence of the dual-frequency laser beam. The linewidths broadened by the turbulence are calculated with the Wiener-Khintchine theory.     

激光二极管抽运频差可调谐双频固体激光器的研究

研究了激光二极管抽运的可调频差的双频固体激光器，激光增益介质为2mm厚的1at%掺杂Nd:YAG薄片.对谐振腔产生稳定双频激光的条件作了分析，用琼斯矩阵计算了谐振腔内各处电场矢量的偏振态，证明了双频激光两个电场矢量偏振态之间总是正交的.两个偏振激光频率间隔由改变λ/4波片快轴之间的夹角实现调谐.实验中使用腔内标准具实现单频运转，然后插入双λ/4波片使单纵模激光频率分裂，实现了激光器的双频输出.实验中得到双频激光稳定运转时频差的上限约为1.3GHz；由于强模竞争现象的存在，实验中所观察到的频差下限为50MHz. 100MHz拍频时得到的双频激光输出功率为85mW. 关键词： 激光技术 固体激光器 双频激光     

固体相干成像激光雷达实验

采用单块非平面环形激光器的本地振荡器、种子注入高重复频率Q开关Nd∶YAG激光器的功率振荡器、振镜扫描偏转和光学接收装置、控制和显示等部件构成固体相干成像激光雷达实验装置.利用该装置对目标进行了距离成像和速度测量实验.在图像分辨力为64×64时,获得了成像速度为8 fps的目标距离图像.速度测量平均误差为6%.     

电磁感应双光子光透明有共振吸收增强

研究了相干场控制下的电磁感应双光子光透明。讨论了外加相干场对双光子吸收特性的影响,分析了电磁感应双光子光透明及共振吸收增强的物理机制。应用密度矩阵方法推导出相干场作用下双光子吸收上能粒子数的二阶近似表达式,同时利用微扰法在原子缀饰态表象中推导出双光子跃迁速率的解析表达式。并讨论了系统中多普勒效应的影响。