产生钠导引星星群的钠信标激光合/分束技术

研究了脉冲光束的偏振和时序非相干合成技术,通过偏振合束器将两路50 W级500 Hz的589 nm钠信标激光在空间上合为一束光线,成功突破了100 W级μs脉冲全固态钠信标激光输出;利用脉冲激光同步延时器控制两路激光脉冲的时序,使其按先后顺序合成一束脉冲激光,重复频率提升到1 kHz。合束后的激光光束质量M²约为1.41,与单光束的光束质量基本保持一致,光斑抖动性约为40μrad,可满足激光钠导引星自适应光学系统的应用需求。与传统的相干合成方法相比,该偏振和时序非相干合成方案具有结构简单、稳定、效率高的优点,且整个系统无需复杂的相位控制机制,为脉冲激光功率扩展提供了新途径。基于上述技术基础,结合自主提出的精密偏振分光专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束25 W/束的μs脉冲黄激光发射到钠层,成功产生了四颗钠导引星,这一结果将有助于推动大型地基光学望远镜中多层共轭自适应光学技术的发展。     

宏-微脉冲激光激发钠信标回波光子数的数值计算与探讨

当采用低功率的宏-微脉冲激光激发钠信标时, 尽管激光传输和钠信标光斑大小受到大气湍流影响, 但是钠信标具有回波光子数无起伏且激发品质因数高的优点. 除此之外, 宏-微脉冲激光激发钠信标还与激光的宏脉冲线型有关. 对于高斯线型的宏脉冲, 增大微脉冲的宽度有利于提高激发钠信标的品质因数和激发态概率. 为了获得更多的钠信标回波光子和较小的钠信标半径, 增大激光功率的同时要考虑良好的光束质量、适当的激光发射口径以及光谱宽度等影响因素. 因此, 优选宏-微脉冲激光的参数、发射口径、发射方式等对于激发优良特性的钠信标有着重要的现实意义.     

30W级第二代钠信标激光器研究

采用Nd:YAG 1064与1319 nm激光在非线性晶体 LBO中和频,获得了高功率、高光束质量、窄线宽的准连续微秒脉冲钠信标激光.该钠信标激光平均输出功率为33 W,光束质量因子M2＝1.25,线宽小于0.4 GHz,波长为589 nm,并可精确调控到钠原子D2谱线,稳定性优于±0.3 GHz,重复频率为500 H...     

全固态腔外和频589nm钠信标激光器

钠信标和瑞利信标是目前科学家们仅能采用的两种人造激光信标,而其中钠信标相比瑞利信标高度更高、斜程误差更小,更适合用于人造激光信标,将会在天文观测中得到应用。因此研制钠信标光源对于自适应光学校正具有重要的意义。由于钠原子吸收特性,钠信标光源的中心波长必须与钠原子的D2a吸收线（589．159nm）对准,且激光线宽小于3GHz,因此突破大功率钠信标光源技术面临诸多困难与挑战。     

增益调制高重频脉冲光纤激光器实验研究

采用脉冲泵浦方案,研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源,双包层光纤作为增益介质,构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度,得到了稳定的高重频脉冲。在100kHz重复频率下,采用21W的峰值泵浦功率和2.5μs的泵浦脉冲宽度,获得了1.06μm波长,脉冲宽度247ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好,平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。     

增益调制高重频脉冲光纤激光器实验研究

采用脉冲泵浦方案,研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源,双包层光纤作为增益介质,构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度,得到了稳定的高重频脉冲。在100 kHz重复频率下,采用21 W的峰值泵浦功率和2.5 s的泵浦脉冲宽度,获得了1.06 m波长,脉冲宽度247 ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好,平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。     

人造钠信标角度非等晕性的实验研究

为实际验证较大角度偏移(θ≈50μrad)条件下人造钠信标探测光路与科学目标光路之间经历大气湍流波前畸变的相关特性及其影响,开展了基于时序同步探测的人造钠信标角度非等晕性实验测量研究,利用单哈特曼波前传感器实现了对自然星回光点阵以及50μrad角度偏移钠信标共振回光点阵的同步测量,获得了时序同帧钠信标与自然星回光的波前序列,并从两者波前二维分布及Zernike模式的统计相关性、非等晕误差的Zernike模式统计分布特性及其对目标成像影响等方面对实验结果进行了较全面的分析.结果表明,50μrad的角度偏离导致两者波前仅低阶模式之间保持着一定相关性(如第3—9阶),而非同轴钠信标偏离望远镜接收口径的大气湍流误采样带来其探测波前与自然星波前之间部分高阶模式相关性的严重退化,致使目标成像点扩散函数Strehl比(0.31—0.22)、光学质量β(2.70—3.35)的下降,该影响不容忽视.最后,依据实验大气条件完成非等晕误差测量结果与理论计算结果的对比分析,获得了理论与实验相符的结果.     

SGR系列高能量脉冲调Q固体激光器

镭宝光电技术有限公司推出了SGR型号高能量脉冲固体调Q激光器，在原有SGR10、SGR20型号的基础上，新增加了SGR60型号和SGR—Extra型号的高能量激光器，使1064nm激光最高输出能量可达到10J，脉冲宽度为10ns，为需要大能量脉冲光源的等离子体激发、托卡马克、激光与物质相互作用以及超快钛宝石的泵浦等廊用提供了新的激光光源．     

2能级模型处理长脉冲圆偏振光与钠原子相互作用的合理性

 采用密度矩阵方法来处理长脉冲光与钠原子的相互作用,求解24能级钠精细结构的布洛赫方程,给出参与跃迁的每个态密度随时间的演化曲线。对于圆偏振情形,发现在长脉冲(大于100 ns)的持续时间内,最终的原子通过转移只在3S_1/2(2,2)到3P_/3/2(3,3)之间进行泵浦并且激发态达到稳态。进一步的2能级模型计算与24能级计算结果的对比表明：用2能级近似的速率方程方法取代24能级密度矩阵方法具有合理性,由此简化了模型,节约了后续研究的计算量。     

Calculation and analysis of the number of return photons from sodium laser beacon excited by the long pulse laser with circular polarization

The number of return photons from sodium laser beacon（SLB） greatly suffers down-pumping, recoil, and geomagnetic field when the long pulse laser with circular polarization interacts with sodium atoms in the mesosphere. Considering recoil and down-pumping effects on the number of return photons from SLB, the spontaneous radiation rates are obtained by numerical computations and fittings. Furthermore, combining with the geomagnetic field effects, a new expression is achieved for calculating the number of return photons. By using this expression and considering the stochastic distribution of laser intensity in the mesosphere under different turbulence models for atmosphere, the number of return photons excited by the narrow-band single mode laser and that by the narrow-band three-mode laser are respectively calculated. The results show that the narrow-band three-mode laser with a specific spectrum structure has a higher spontaneous radiation rate and more return photons than a narrow-band single mode laser. Of note, the effect of the atmospheric turbulence on the number of return photons is remarkable. Calculation results indicate that the number of return photons under the HV5/7 model for atmospheric turbulence is much higher than that under the Greenwood and Mod HV models.     

钠激光导星的共孔径发射接收与谱线匹配技术

研究了采用时间选通和共孔径方式的钠激光导星技术,并开展了钠信标发射接收实验研究。分析了钠原子共振散射与信标激光波长的匹配关系,介绍了钠信标激光器、距离选通装置、回光探测装置、同步控制装置等的研制工作。实验成功采集到了钠信标图像,通过分析回光图像随信标激光波长的变化规律,验证了波长匹配在钠激光导星中的重要性。     

钠激光导星的共孔径发射接收与谱线匹配技术

研究了采用时间选通和共孔径方式的钠激光导星技术,并开展了钠信标发射接收实验研究。分析了钠原子共振散射与信标激光波长的匹配关系,介绍了钠信标激光器、距离选通装置、回光探测装置、同步控制装置等的研制工作。实验成功采集到了钠信标图像,通过分析回光图像随信标激光波长的变化规律,验证了波长匹配在钠激光导星中的重要性。     

激光导引星自适应光学系统对大气湍流低阶像差校正效果分析

 在对大气湍流相位扰动进行Zernike多项式展开的基础上,通过对信标和目标光的Zernike系数相关因子的推导, 得到了实际自适应光学系统（系统存在时间滞后和有限的空间分辨率）对相位扰动各阶像差的校正残差公式。同时结合实际,对瑞利导星以及钠导星自适应光学系统补偿大气湍流各阶像差的能力进行了计算和分析,为实际自适应光学系统的设计提供了理论参考。     

激光导引星自适应光学系统对大气湍流低阶像差校正效果分析

在对大气湍流相位扰动进行Zernike多项式展开的基础上,通过对信标和目标光的Zernike系数相关因子的推导, 得到了实际自适应光学系统（系统存在时间滞后和有限的空间分辨率）对相位扰动各阶像差的校正残差公式。同时结合实际,对瑞利导星以及钠导星自适应光学系统补偿大气湍流各阶像差的能力进行了计算和分析,为实际自适应光学系统的设计提供了理论参考。     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点,建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×108 W/cm2的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm,蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大,温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出,在靶面附近区域,Ge的1阶电离始终占优势;在中心区域,脉冲作用时间内,Ge的2阶电离率比1阶电离率大,脉冲结束后,Ge的2阶电离率下降,1阶电离率逐渐变大。     

机载大功率半导体激光信标系统设计

为配合地面探测跟踪系统对飞行目标的探测,设计了一种以４０ Ｗ 紧凑型半导体激光器为光源、具有一定发散角的机载式单色信标系统。由于系统要满足机载平台加装体积小、质量轻、散热好的要求,设计了一体成型的鳍片式壳体结构,解决系统散热问题的同时,控制了整体质量。为实现在有限体积内,４０ Ｗ 单阵列光纤耦合半导体激光器模块所需的６０A 大电流恒流驱动,采用叠相调制技术和同步ＢUＣＫ 变换电路结构;为解决激光器在高空低温环境下输出光功率和中心波长能够稳定控制的难题,设计了数模混合双向温控系统。利用ＺEMAX 软件设计了双凹透镜组结构的扩束装置,实现了对激光发散角的发散和可调节。通过环境考核测试,系统在０℃～１５℃的低温环境下,输出光功率稳定度和波长控制精度均能满足要求。