双频激光技术研究新进展及发展趋势

双频激光器在干涉测量和光学传感等技术领域扮演极其重要的角色。综述了近年来双频激光技术研究的新进展(包括双折射双频He Ne激光器、双折射双频Nd:YAG激光器和双纵模半导体激光器),简要介绍了各种双频激光器的工作原理,分析了这些双频激光器在频差大小、频差稳定性和频差调谐特性等方面的优缺点,指出了今后双频激光技术研究的发展趋势。     

弹丸穿过梯形光幕过幕时刻提取算法研究

针对传统幕中触发时刻提取方法未考虑光幕幕厚分布不均匀而引入的测量误差,提出了一种弹丸以一定角度穿过光幕厚度呈倒梯形分布光幕的过幕时刻提取方法.通过分析光幕的空间分布,推导了相应的计算公式将弹尾到达光幕厚度中心面的时刻与弹丸穿过整个光幕时间的比值转换为中心面所在位置与弹丸在光幕中飞行距离的比值,利用迭代算法提取出弹尾到达光幕中心面的时刻,并计算出弹丸的外弹道飞行参数.实弹射击表明,算法在一定范围内可将六光幕阵列天幕立靶测量误差减小1mm.     

腔内波片产生的Nd∶YAG激光纵模分裂规律研究

简要介绍了激光纵模分裂的基本原理，研究了腔内含有1个和2个1/4波片时产生Nd∶YAG激光纵模分裂的规律。实验结果表明：在1064nm Nd∶YAG激光的腔内放置一个1/4波片时，每一激光纵模分裂为2个正交的线偏振模，在波片表面垂直于激光光线的条件下，纵模分裂量（即频率差或波长差）恰好等于激光纵模间隔的一半；当在Nd∶YAG激光腔内沿垂直光线方向平行放置2个1/4波片时，也能产生纵模分裂现象，其纵模分裂量取决于2波片快（慢）轴之间的夹角。在0°～ 90°范围内调节角度，可使纵模分裂量在一个激光纵模间隔内线性调谐。实验结果与理论分析相吻合。     

扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器

为了产生频差可调谐1 064nm双频激光输出,设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质,以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应,使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡,从而获得正交线偏振1 064nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理,实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明:双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出,其频差大小可随激光腔长的改变而调谐,频差调谐范围可达1个纵模间隔,实验观察到的频差调谐范围为0.3GHz~3GHz.     

高峰值功率声光调Q厄米-高斯模固体激光器

在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯（HG）模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使有效的离轴量减小引起的。激光器所处的模式阶数越高,发生跳模对应的泵浦功率越低。实际中可以通过对离轴量增加一个修正量,使激光器重新恢复到跳模前的模式,泵浦功率越高,需要的修正量越大。实验产生了HG_1,0～HG_16,0 16个模式的高峰值功率脉冲光束,在10 kHz重复频率下,HG_1,0光束的脉冲宽度为32 ns,峰值功率为4.1 kW;HG_16,0光束的脉冲宽度为79 ns,峰值功率为0.7 kW。     

光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感问题解决方案

应变和温度变化都会引起光纤Bragg光栅(FBG)反射波长的移动，这种交叉敏感问题是制约FBG传感检测技术实用化的“瓶颈”。从应变、温度交叉敏感的物理机制出发，分两类综述国内外关于交叉敏感问题的解决方案，介绍各类方案的工作原理，并详细分析几种近年来出现的典型方案的优缺点。     

氯盐溶液近红外光谱分析研究

氯盐近红外光谱分析在生物医学上有着十分重要的意义。在室温下对氯化钠,氯化钾,氯化钙水溶液的近红外光谱采集分析表明,氯盐溶液浓度的变化会影响水分子的氢键而使得水溶液的近红外光谱发生变化。通过选择合理波长区间以及温度变化影响为零的波长点(等吸光点),减小温度的干扰对溶液近红外光谱影响,采用偏最小二乘法建立了氯盐溶液的浓度模型用于预测氯盐的离子浓度。分析氯盐溶液中氯盐阳离子的离子半径大小、离子电荷数和离子在水中络合效应等因素对水的近红外光谱所造成的影响以及产生影响因素的原因。实验结果表明,温度和浓度都会影响溶液的近红外光谱,氯盐溶液浓度较低时,温度的影响占主导地位;氯盐浓度高时,浓度的影响占主导地位。氯盐在水溶液中形成络合物,并与氯盐阳离子共同作用对水的氢键产生影响,对于浓度相同种类不同的氯盐溶液,形成的络合物和阳离子破坏效应对水的氢键的破坏作用为:CaCl2NaClKCl。最终建立的样品浓度模型校正集的决定系数(R2)=99.97%,交叉验证均方误差(RMSECV)=4.51,剩余预测偏差(RPD)=62.7,满足日常生化检测精度要求。     

旋转双散射片散斑抑制方法

提出一种手动旋转双散射片的散斑噪声抑制方法,以一动一静的工作模式获得多幅独立的散斑场,通过多幅再现像叠加实现散斑的抑制。通过理论分析一动一静双散射片和单散射片的时间相关函数,证明一动一静双散射片的去相关速率明显高于单散射片,具有更好的散斑抑制效果。实验上分别进行了不同目数单散射片和双散射片、相同目数单散射片和双散射片之间的对比研究。从散斑对比度结果可以看出,散射片目数越多,再现像叠加数量越多,散斑抑制效果越好,并且双散射片的散斑抑制效果要优于单散射片。以相位光栅为样本,采用一动一静双散射片方式验证了所提方法的可行性,该方法获得了更好的成像效果。     

基于自适应阈值的齿轮干涉图像前景区域提取方法

齿面物体像灰度法是激光移相干涉测量中提取齿轮干涉图像前景区域的重要方法之一,针对该方法因人工设定阈值且忽略不同图像边缘特征从而导致的测量效率及精度受限问题,提出了一种基于自适应阈值的齿轮干涉图像前景区域提取方法。首先分析齿轮齿面形貌特征与各边缘顶点差异,对图像进行区域划分;然后根据边缘灰度变化规律通过邻域窗口筛选合格像素点并获取掩模结果,实现前景区域提取;最后根据5类图像评价指标分别对4组算法分割结果与传统方法分割结果进行数据对比。结果表明：算法在实现图像自动处理的基础上与参考结果匹配精确度提升约3.5%～4.5%,PRI(probabilistic rand index)提升约3%～4%,VOI(variation of information)提高约15%～25%,GCE(global consistency error)降低约2.5%～3.5%,最终相位信息准确度提升9μm～15μm。结果符合精度要求,该方法可广泛应用于齿轮干涉图像前景提取中。     

二极管泵浦1064nm单频Nd:YAG激光器输出功率稳定控制系统设计

介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案.该方案在严格控制LD和Nd:YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd:YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd:YAG激光器的输出功率.实验结果表明:当LD泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%.