MgO∶PPLN级联倍频实现高转换效率强度调制532nm激光

利用单块非平面环形腔单频激光器和声光移频器,获得了输出功率为10 mW的1064 nm双频激光,拍频调谐范围为125～175 MHz。采用光纤功率放大器可将1064 nm双频激光的功率放大到10 W。为了提高倍频效率,采用两块长度为15 mm的MgO∶PPLN晶体,获得功率为2.26 W的强度调制绿色激光,最高倍频效率为24.5%。当基频光的频差为150 MHz时,得到的绿光拍频分别为150 MHz和300 MHz,2 min拍频稳定性分别是2.7 Hz和5.3 Hz。     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

可编程光纤延时系统特性

采用17个光开关和16段不同长度光纤的级联方式,搭建了一套可编程光纤延时系统,实现的延时范围为0～65535 ns,步长为1 ns,数据刷新率可达100 Hz,延时稳定性为0.2 ns,延时抖动小于0.32 ns,整套系统损耗小于31 dB。对可编程光纤延时系统的延时精度、损耗和数据刷新率等特性进行了研究,分析了损耗和色散对延时测量的影响,提出了一种减少延时测量误差的阈值补偿法,弥补了损耗和色散引起的延时测量误差。     

随机微扰表面反射光谱的低角度依赖性

结构色在光学伪装等领域具有重要的应用前景,但其存在严重的角度依赖性。提出利用随机微扰表面降低反射光谱角度依赖性的方法;研究了不同微扰特征的粗糙表面结构在不同入射角下的反射光谱;通过有限元法计算了横电波、横磁波的反射光谱特性和能量传播特性,并据此获得了等效自然光的反射光谱和角度依赖规律。分析发现在0°～40°入射角度范围内,平整表面结构的反射光谱峰值移动了34.0 nm,随机微扰表面结构的反射光谱峰值仅移动了10.0 nm,角度依赖特性降低了70.6%,结果表明微扰表面结构对于降低角度依赖性具有显著作用。     

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.     

面向开环扫描系统的超声图像畸变校正方法

超声显微成像技术广泛应用于工业无损检测领域。相较于闭环、半闭环扫描系统硬件复杂、成本高,开环扫描系统结构简单、成本低,但由于无反馈机制会导致步进电机的非线性运动引起图像像素错位畸变。因此,消除非线性运动带来的错位畸变是采用开环扫描系统实现高质量超声成像的关键。该文提出集最大值投影法、最大类间方差法和中心坐标校正法于一体的MIP-Otsu-C³M方法,对开环扫描系统获得的硬币回波数据采用最大值投影法获取初始灰度图像,采用最大类间方差法获取感兴趣区域的B扫描图像边缘像素位置,并采用中心坐标校正法成功消除像素错位,解决了超声C扫描图像畸变问题。对消除错位畸变的回波数据进行飞行时间法和傅里叶变换法图像重建,直接获得了非畸变的三维图像和透视图像。该新颖算法也验证了最大值投影法可拓展至图像畸变校正应用。     

2μm人眼安全波段太阳光抽运激光器的理论研究

太阳光直接抽运激光器在空间光通信、遥感等领域有着重要的潜在应用,但是一直以来人们对太阳光抽运激光器的研究局限于以掺Nd3+粒子为增益介质的1μm波段.通过对现有固体激光工作物质的吸收谱进行分析,发现掺Tm3+离子在太阳辐射较强的可见光波段具有强的吸收峰,使2μm人眼安全波段实现太阳光直接抽运激光输出成为可能.本文对Tm:YAG和Tm:YAP两种常见晶体的吸收谱与太阳光谱匹配度进行了分析计算,得出两种材料用于太阳光抽运激光器的阈值抽运功率密度分别为1.14和1.434 kW/cm3.选择与抽运阈值功率密度低的Tm:YAG晶体作为增益介质,使用TracePro软件建立太阳光抽运激光器的二级抽运模型,并对模型进行优化,得到了锥形腔窗口与菲涅耳透镜的最佳距离、晶体棒的最佳长度以及锥形腔最佳锥度.本文的工作为实现太阳光直接抽运2μm激光输出做了理论上的准备.     

基于相似度评估的激光雷达回波场景生成优化

基于三维场景构建和激光散射原理的激光雷达回波场景生成,可被用于模拟真实场景的激光回波特性,是激光阵列探测器性能测试的重要手段.为了高效地生成具有高仿真精度的动态场景,构建了由激光回波场景仿真相似度和场景计算耗时组成的采纳度并将其作为评价函数,实现了对激光回波场景空间网格划分数的优化.针对阵列单元为128×128的面阵探测器,利用所提方法对材质不同、距离不同的两种实验场景的激光回波的空间网格划分数进行了优化.当探测器单像元细分数为3×3,空间网格总划分数为384×384×L(L为距离精度决定的细分数)时,采纳度达到最大值.每帧场景的平均生成耗时均小于8 ms,实现了帧频为125 Hz的高帧频、高逼真度的动态场景生成.理论及实验结果均表明,在计算资源有限的情况下,所提方法可实现生成回波场景相似度和计算资源消耗间的平衡,是一种实用的三维激光回波场景生成优化方法.     

强度调制532 nm激光水下测距

激光水下探测在水下目标搜寻、资源勘探等领域具有重要的应用,而散射是激光水下探测面临的主要挑战.载波调制激光雷达具有抗散射、抗干扰的优点,本文利用自行研制的532 nm强度调制激光源,在3 m长的水箱中搭建激光水下探测系统. 532 nm激光源最大输出功率为2.56 W,强度调制范围为10.0 MHz—2.1 GHz,光束发散角约0.5 mrad.通过在水箱中添加氢氧化镁(Mg(OH)_2)粉末,测量了不同浑浊度下水的衰减系数.采用相位测距的方法,目标反射光的调制信号为探测信号,对激光源进行调制的电信号作为参考信号,利用相关运算获得激光的延时时间,进而可以获得水下目标的距离.最大调制频率为500 MHz时,实现了距离为4.3个衰减长度目标的探测,测距误差约12 cm.探测距离越远,测距误差越大,调制频率越高,测距精度越高.     

双波段能谷光子晶体的拓扑边界态传输特性

谷赝自旋是构筑光学拓扑绝缘体的重要手段，其性质决定了光波拓扑传输特性。双波段能谷结构为同时调控多波段范围内的光波提供了重要平台。构筑了具有双波段能谷结构的光子晶体超胞，研究了zigzag型和armchair型界面在两个波段内拓扑边界态的传输特性及鲁棒性。结果表明：对于zigzag型界面，对称型界面与反对称型界面的光波传输特性差异显著，对称型界面允许平面波传输而反对称型界面大幅抑制平面波传输；而对于armchair型界面，对称型界面与反对称型界面的光波传输未表现出差异性。对于允许平面波传输的界面，无论是zigzag型还是armchair型界面均对杂质、缺陷、尖锐拐角等具有良好的鲁棒性。双波段拓扑边界态传输特性的系统性研究对于拓展光学拓扑绝缘体的应用空间具有重要价值。