激光辐照猫眼光学镜头时的反射特性机理研究

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法, 对激光束辐照猫眼光学镜头时产生的猫眼效应机理进行了理论推导. 通过数值计算对猫眼效应的反射规律进行了分析, 并利用532nm激光辐照一个变焦范围为12—72mm的光学镜头进行了猫眼效应的实验验证, 从而得出了猫眼效应反射光特性与入射激光参数以及猫眼光学镜头的口径、焦距、离焦量等基本参数之间的关系. 研究表明, 猫眼效应反射光特性与猫眼光学镜头参数和入射激光参数密切相关, 且当猫眼光学镜头位于近场和远场的情况有很大不同. 根据入射光束 关键词： 猫眼光学镜头 猫眼效应 高斯光束 反射特性     

激光辐照光学镜头猫眼效应反射率测试

 为了验证普通光学镜头猫眼效应的存在性和应用可行性,利用532 nm激光辐照调焦范围为12～72 mm的普通摄像镜头,测试了猫眼效应绝对反射率及其与镜头焦距、F数、入射角等参数的关系。采用双光路同时测量法,解决了猫眼效应反射光与入射光相互干扰不易测试的问题。结果表明,该镜头的猫眼效应绝对反射率最高可达35.87 ％,并且与焦距正比,与F数和入射角成反比;近场时的几何发散角与焦距和F数成反比。     

激光辐照环境对金属材料反射特性的影响

 利用积分球绝对测量法,对在20 Pa真空缺氧、1 000 Pa空气,10⁵ Pa空气及1 000 Pa氧气环境下,1 064 nm波长连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料过程中的反射光信号进行了测量,得到了30CrMnSiA碳钢在4种辐照环境下的反射率和温度变化曲线。结果表明：在空气组分辐照环境的低压到10⁵ Pa范围内,材料初始反射率随压力增大而增大;在缺氧和富氧环境的激光辐照过程中,缺氧环境下材料反射率变化缓慢,且变化拐点温度高于富氧环境,富氧环境下材料被加热后的快速氧化反应有利于材料对激光能量的吸收;不同辐照环境（缺氧和富氧）相同材料温度条件下,材料反射率并不相同。     

激光辐照环境对金属材料反射特性的影响

利用积分球绝对测量法,对在20 Pa真空缺氧、1 000 Pa空气,105 Pa空气及1 000 Pa氧气环境下,1 064 nm波长连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料过程中的反射光信号进行了测量,得到了30CrMnSiA碳钢在4种辐照环境下的反射率和温度变化曲线。结果表明：在空气组分辐照环境的低压到105 Pa范围内,材料初始反射率随压力增大而增大;在缺氧和富氧环境的激光辐照过程中,缺氧环境下材料反射率变化缓慢,且变化拐点温度高于富氧环境,富氧环境下材料被加热后的快速氧化反应有利于材料对激光能量的吸收;不同辐照环境（缺氧和富氧）相同材料温度条件下,材料反射率并不相同。     

啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输空间调制特性

为避免啁啾脉冲堆积宽带激光的空间调制对光学元件的损坏,数值研究了其非线性传输过程中时域调制对光束空间调制产生与增长的影响。结果表明：光束未叠加空间调制时,若B积分在实际工作范围内,堆积子脉冲间干涉引入时间调制外,叠加与未叠加时间调制,正反常色散情况下光束空间上均不会产生调制,因而也没有调制增长,然而,当B积分进一步增加时,光束空间将产生调制,并能快速增长;当光束引入空间调制后,在反常色散情况下,与时间未额外叠加调制相比,时间额外叠加调制时空间调制增长速度明显加快,而在正常色散时,额外添加时间调制与不添加调制,空间调制增长的差别很小。     

空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪研究

针对目前环境、医疗、空间、气象、军事及安全等领域对傅里叶变换红外光谱仪微小型化、轻量化及固态化的迫切需求,提出并研究了一种以MOEMS多级微反射镜为核心器件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪。在理论研究方面,建立了空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的物理模型,探究了该系统的光场分割与空间采样的光学原理;分析了多级微反射镜的衍射效应,提出了一种通过补边抑制衍射噪声抑制方法;进行了多级微反射镜采样误差的分析,并提出了基于最小二乘拟合的修正算法;通过对光源空间相干性、准直系统像差以及入射光场均匀性的分析,确定了光学系统的总体设计指标;通过对多级微反射镜基片加工精度、分束器材料色散特性和膜层透射效率等的计算分析,确定了干涉系统的设计方法与技术参数。在核心技术方面,提出了两个多级微反射镜的3种制作方法,分析了制作误差的来源及对系统性能的影响。通过工艺设计及实验条件探索,分别采用电铸法、真空镀膜法以及斜面倾角叠片法制作了两个多级微反射镜。在系统设计方面,进行了红外准直与缩束系统的光学设计,对整体光机系统进行了建模仿真,分析了杂散光噪声的来源。在图谱处理方面,利用过零采样方式,通过图像分割算法,获取了干涉图采样序列;通过对干涉图序列的插值、补零、延拓与卷积方法,完成了光谱相位误差的校正;通过离散傅里叶变换解调,实现了由干涉图像到信号光谱的数据反演。最后研究了系统光机整体的集成组装技术,并对原理样机进行了实验测试。本文研制的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的特点在于:取消了动镜驱动机构与采样控制机构,具有微小型与轻量化的特点;干涉图的采样由多级微反射镜完成,其空间采样的方式增加了系统的稳定性与可靠性,实时采样的特点增加了系统的快速性与有效性;多级微反射镜阵列采用MOEMS工艺技术制作,增加了系统的采样精度。该光谱仪系统的结构及制作方法具有自主知识产权,并具有广阔的应用前景。     

大功率半导体激光调制系统及内部调制特性

从半导体激光直接调制理论出发,对直接调制过程中影响半导体激光器高频调制性能的因素进行了研究;运用PSpice建立半导体激光器等效电路模型,仿真研究了电学寄生参数对半导体激光器调制特性的影响且提出了相应的提高其调制性能的方法。在研究半导体激光器调制特性的基础上,设计了一种半导体激光直接调制系统。运用OrCAD/PSpice对直接调制驱动系统进行仿真。研制的半导体激光调制系统实现了频率为1 MHz、平均功率为1.1 W的调制激光输出。     

GaAs激光空间传输调制的物理实现

针对ＧａＡｓ激光器平均发射功率的局限性，介绍几种实用的降低脉冲速率的调制方案并给出简单易行的电路。     

微型随机激光辐射特性的控制

为了对随机激光输出特性进行有效地控制,将随机介质纳米团簇植入到光子晶体中,利用有限时域差分法进行模拟,比较了团簇置于空气中和光子晶体中的输出特性.结果表明:当把团簇单纯地置于空气中,被激发后辐射光的能量会随时间慢慢减少,光谱呈自发辐射的特性|而当将这个团簇植入一光子晶体中,一些原始的自发辐射谱峰会逐渐消失,其中一个谱峰会快速上升,最后成为光谱中唯一的一个能量最强的谱峰.因此如果一个无序的系统置于一个匹配的有序系统中,光能被有效地限制,自发辐射能被抑制,激发模式会被调制,系统的有效增益会被提高,激光阈值能被减少.     

微型随机激光辐射特性的控制

为了对随机激光输出特性进行有效地控制,将随机介质纳米团簇植入到光子晶体中,利用有限时域差分法进行模拟,比较了团簇置于空气中和光子晶体中的输出特性.结果表明:当把团簇单纯地置于空气中,被激发后辐射光的能量会随时间慢慢减少,光谱呈自发辐射的特性;而当将这个团簇植入一光子晶体中,一些原始的自发辐射谱峰会逐渐消失,其中一个谱峰...     

激光辐照不规则空间碎片冲量矢量计算

研究了不规则空间碎片受激光辐照后的冲量变化。利用不论激光入射方向如何,烧蚀反喷方向始终沿着烧蚀平面法向方向这个实验现象,同时,根据NASA对于空间碎片形状的基本划分,分别计算了球体、柱形体和立方体受激光辐照后的冲量变化情况。计算结果表明:对于球体和立方体,无论激光辐照方向如何变化,冲量方向总是和辐照方向相同,冲量大小和垂直辐照相同材料的平板分别成固定比例关系;而对于柱形体,冲量大小和方向随着激光辐照方向变化而变化。     

激光调制参数对光纤环型谐振腔光谱特性影响

谐振光学环型腔作为光学陀螺的核心敏感单元,其光学调制谱和与之对应的鉴频曲线的特性成为提高光学陀螺系统检测灵敏度的关键。为了研究光学陀螺的调制和鉴频谱线特性,优化陀螺性能,设计并搭建了实验测试系统,光纤环形谐振腔采用分光比为50∶50、直径17 cm的保偏光纤,总长2.2 m。使用直流高压放大器扫描窄线宽激光器（线宽小于1 kHz）的压电转化模块,扫描频率和电压分别选取20 Hz和1 V,使用模拟比例积分电路进行锁频并反馈给激光器的压电转化模块,使激光器的输出频率跟踪谐振腔实时变化。研究分析了光纤环型谐振腔在两种情况下所对应的透射谱和鉴频曲线:第一种情况为调制电压分别为2 V和4 V,对应调制频率从100 kHz到4 MHz变化;第二种情况为当调制频率为900 kHz,调制电压从2 V到10 V变化。通过实验,得到了不同调制参数下光学陀螺谱线的谐振深度、半高全宽、线性带宽、动态范围、品质因数、标度因数以及对应的锁频精度七种物理量的详细变化情况,并进一步得到了静态测试条件下三种陀螺的最佳调制频率及与之所匹配的调制电压。为进一步研究激光调制对光纤环型谐振腔光谱的影响提供指导。     

激光辐照不规则空间碎片冲量矢量计算

研究了不规则空间碎片受激光辐照后的冲量变化。利用不论激光入射方向如何,烧蚀反喷方向始终沿着烧蚀平面法向方向这个实验现象,同时,根据NASA对于空间碎片形状的基本划分,分别计算了球体、柱形体和立方体受激光辐照后的冲量变化情况。计算结果表明：对于球体和立方体,无论激光辐照方向如何变化,冲量方向总是和辐照方向相同,冲量大小和垂直辐照相同材料的平板分别成固定比例关系;而对于柱形体,冲量大小和方向随着激光辐照方向变化而变化。     

激光调制参数对光纤环型谐振腔光谱特性影响

谐振光学环型腔作为光学陀螺的核心敏感单元,其光学调制谱和与之对应的鉴频曲线的特性成为提高光学陀螺系统检测灵敏度的关键。为了研究光学陀螺的调制和鉴频谱线特性,优化陀螺性能,设计并搭建了实验测试系统,光纤环形谐振腔采用分光比为50∶50、直径17 cm的保偏光纤,总长2.2 m。使用直流高压放大器扫描窄线宽激光器（线宽小于1 kHz）的压电转化模块,扫描频率和电压分别选取20 Hz和1 V,使用模拟比例积分电路进行锁频并反馈给激光器的压电转化模块,使激光器的输出频率跟踪谐振腔实时变化。研究分析了光纤环型谐振腔在两种情况下所对应的透射谱和鉴频曲线：第一种情况为调制电压分别为2 V和4 V,对应调制频率从100 kHz到4 MHz变化;第二种情况为当调制频率为900 kHz,调制电压从2 V到10 V变化。通过实验,得到了不同调制参数下光学陀螺谱线的谐振深度、半高全宽、线性带宽、动态范围、品质因数、标度因数以及对应的锁频精度七种物理量的详细变化情况,并进一步得到了静态测试条件下三种陀螺的最佳调制频率及与之所匹配的调制电压。为进一步研究激光调制对光纤环型谐振腔光谱的影响提供指导。     

微型自由电子激光电子运动特性分析

作者曾首次提出以铁电单晶表面势代替摇摆器磁场的自由电子激光新机制.本文从单电子的洛仑兹方程出发,对电子的单摆方程,共振行为进行了研究,获得了第j个表面势共振态的增益公式.单摆方程和文献[1]中从能量方程得到的一致,本文的研究充实了文献[1]的论据。     

光源光谱特性对空间相机调制传递函数检测的影响

调制传递函数(modulation transfer function, MTF)检测是评价空间相机像质的重要手段.空间相机光学系统透过率和色差、探测器量子效率均与波长相关,采用不同光谱特征的光源所得到的MTF会出现偏差,光源光谱特性的影响不可忽略.针对这一问题,提出了一种分析光源光谱特性对空间相机MTF检测结果影响的方法,设计了空间相机光谱响应率和单色PSF标定装置及方法.利用所提方法及标定结果,计算了五种光源检测空间相机MTF时的理论值,发现氙灯和其他四种光源的MTF值偏差较大.对比卤钨灯和氙灯检测MTF时的理论值,发现卤钨灯所得MTF在全频段内均大于氙灯所获取的MTF,二者之间的偏差在中高频处最大,最大偏差为0.075.搭建了实验装置,分别采用卤钨灯和氙灯作为光源,利用倾斜刃边法检测MTF,发现二者所得MTF在各个频率点处的分布特征及偏差与理论计算结果相同,且最大偏差为0.057.理论及实验结果表明,本文方法能够准确评估光源光谱特性对空间相机MTF检测的影响.     

液晶空间光调制器的调制特性测量

分析了液晶空间光调制器LC2002的工作原理,测量了振幅调制特性和最佳相位调制特性曲线.对经扭曲向列液晶空间光调制后的待测波面进行横向剪切干涉,用CCD记录其干涉图样,采用一维图像分析法得到最大相位调制为0.837π.实验证明液晶空间光调制器可以很好地进行相位调制.     

CWCO_2激光辐照下硅的光吸收特性

本文基于半导体材料硅(Si)中电子、空穴的费米统计分布,计算了Si对CO_2 激光的透射率随温度的变化,并用实验理论作了验证.说明在强CO_2激光辐照下,Si对CO_2激光能量有着强烈的吸收,其机理主要是自由载流子吸收.     

辐照激光能量对SiO2薄膜特性及结构的影响

 为了认识SiO2薄膜在激光辐照下的变化,本文以K9玻璃为基底,采用电子束热蒸发方法制备了SiO2薄膜,并将此组在相同实验条件下制备的薄膜加以不同能量的激光辐照,研究在激光辐照前后样片的透射率、折射率、消光系数、膜厚、表面形貌及激光损伤阈值（LIDT）的变化。结果表明,样片膜厚随激光能量的增加而减小,辐照激光能改善薄膜表面形貌,并使样片LIDT值提高,最终能使样片的LIDT值从16.96 J/cm2提高至18.8 J/cm2。     

宽频带激光自由空间传输的调制特性研究

基于惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了宽带光束在菲涅耳衍射区的自由空间传输特性,得到宽带光束传输的调制深度与光束带宽Δλ及菲涅耳数F的变化关系。结果表明:一定的带宽对光束的均匀性有适当的改善;当光束的带宽Δλ<2λ0/F时,带宽越大,光束越均匀;当带宽满足条件Δλ=2λ0/F时,菲涅耳衍射完全消失;在一定的菲涅耳数范围内,宽带光束的调制深度随菲涅耳数振荡变化,振荡曲线的主极大值和次极大值分别出现在菲涅耳数为奇数和偶数处,而极小值则出现在菲涅耳数F=2k±1/3(k=1,2,3,…)处,在极小值处光束的均匀性最好。