利用平面透射光栅探测激光信息的理论研究

利用傅里叶变换理论研究了激光以任意角度入射平面透射光栅的夫琅和费衍射,并对衍射图像的相对光强分布进行了分析,得到了零级和各级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及对应的明纹宽度。通过光学系统设计,只提取零级和正负一级明纹中心位置,进行数据处理后反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用高速信号处理数据系统的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

利用光栅衍射缺级效应探测激光信息的研究

利用傅立叶变换理论研究了激光以任意角度入射平面透射光栅的夫琅和费衍射,通过分析衍射图像的相对光强分布,得到了零级和各级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及明纹缺级情况。提出了通过增加光阑限制入射角范围,能够仅提取零级和正负一级明纹中心位置坐标,进行数据处理后反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用高速信号处理数据系统的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

利用光栅探测激光信息的迭代算法研究

在重新构建了光栅的夫琅和费衍射系统的基础上,提出了四种迭代逼近的算法以克服了机械构建变化的影响。通过对四种不同迭代逼近算法的比较,找到了能够最快速逼近理想解的算法,即波长和入射角都采用较小值,波长逼近相对变慢,入射角的逼近变快,总体能够快速达到逼近要求。计算过程也表明,建立在小角度近似的基础上迭代逼近算法对于大角度需要进行的迭代逼近次数更多。最后给出了便于在DSP芯片上使用程序快速处理的数据处理流程。     

基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统的设计与实现

当激光入射到正弦光栅时,会产生0级和±1级衍射谱线,通过测量衍射谱线的分布,可获得入射激光的波长及方位角信息。为了实时探测激光光源的波长和方位角,设计了一种基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统。介绍了系统的工作原理,推导了激光波长和方位角的计算公式,并对系统的探测精度进行了数值模拟研究。分析了光栅常数和柱面镜曲率半径对系统探测能力的影响,并且给出了相关函数。实验结果表明:当光栅常数为1/500mm、柱面镜曲率半径为20mm时,系统可实现对波长为320～1100nm、视场角为±20°范围内激光源的实时探测,波长分辨率可达到10nm,角分辨率可达到1°。     

基于正弦透射光栅的激光告警接收机研究

在光电对抗中,高速、可靠地获取敌方来袭激光的参数是实施有效对抗的关键。提出了基于正弦振幅透射光栅衍射原理的窄脉冲激光波长和入射方向的测试方法,并设计了激光告警接收机原理样机,该样机由光栅、平凸柱面镜、ATMEL公司的驱动频率为50MHz的线阵CCD探测器、高速数字信号处理器TMS320V C5509和液晶显示电路构成。结果表明,该样机可达到如下技术指标:波长范围为500～1100nm、波长分辨率≤10nm、视场范围为22.5°、角度分辨率≤1°、反应时间<0.1s、灵敏度<10mW/cm2。     

正弦振幅光栅菲涅耳衍射光场的空间分布

在三维传感系统中通常采用结构照明光场。产生结构照明光场的方法一般有投影法和双光束干涉法。本文利用平面波衍射理论（角谱理论），分析了正弦振幅光栅在不同照明条件下的菲涅耳衍射光场的空间分布，特别讨论了在发散球面波照明条件下，菲涅耳衍射光场和泰伯像的一些有趣的性质，指出了这些性质在三维传感中的应用前景。     

用二维正弦相位光栅实现阵列激光相干并束

相干并束是获得高功率激光束的一种有效方法,特殊设计的二维正弦相位光栅是一种较好的并束元件。介绍了二维正弦相位光栅并束的设计方案,计算表明,在3×3和4×4分束时分束效率分别为81.1%和73.1%,与常用的达曼光栅相比分别提高37%和26.9%。对正弦相位光栅的制作和误差分析表明,并束效率存在极大值,给光栅的制作带来较大的误差宽容度,分束与并束在光栅表面的光场存在一定差别。如果仅用于并束,并束效率还有提高的可能。     

用MATLAB模拟正弦光栅的衍射

基于光学理论的抽象性,利用Matlab模拟了正弦光栅的衍射实验,得出正弦光栅和黑白光栅衍射的区别在于孔径的透射率,且正弦光栅的1级衍射亮纹及零级明纹的距离与光栅频率、传输距离、入射光波长成正比,和光栅参数无关的结论,为进一步拓展正弦光栅的应用提供了理论基础.     

正弦光栅自成像的空间分布研究

菲涅尔衍射和分数傅里叶变换之间存在非常密切的关系，而角谱分析方法是计算菲涅尔衍射的一个有效的方法。本文采用角谱理论的计算分析方法来计算正弦光栅在平面波照射下的分数泰伯像的空间分布。     

基于二维激光告警的闪耀光栅设计

现有光栅衍射型激光告警中,正弦光栅存在1级衍射效率较低,闪耀光栅在闪耀波长附近0级和-1级衍射效率很低,这两种光栅的缺点都降低了激光告警的可靠性。为此文中提出了一种改进型闪耀光栅。将两闪耀光栅反相对接,并且中间留一定无光栅空间,此改进可提高波长在闪耀波长附近0级和-1级的衍射效率,将有效克服传统闪耀光栅的漏报警现象。设计加工了闪耀波长为800 nm的改进型闪耀光栅,理论分析了0级和1级衍射效率;采用波长为808 nm和850 nm的光,对改进型闪耀光栅进行二维激光告警实验测试,实验结果表明,在波长为闪耀波长附近光入射时,改进型较普通闪耀光栅的0级和-1级衍射强度有很大提高,能够被CCD有效探测。该改进型闪耀光栅可有效提高二维激光告警系统的可靠性。     

高密度全场主动离焦三维测量的精度分析

向物体投射正交正弦光栅或正弦光栅,都能实现我们提出的高密度全场离焦三维测量,实验发现测量精度依赖于投射模式和物体毒面纹理。计算机模拟显示物体深度测量精度与物体纹理的调制度、频率和投射光栅方向有关。对各种纹理,正交正弦光栅投射的测量精度都高于正弦光栅投射的测量精度。在相同实验条件下,正交正弦光栅和正弦光栅投射的弱纹理表面的深度测量均方误差分别为0．18mm和0．25mm,较强纹理表面的均方误差为0．35ram和0．54mm。     

光纤光栅外腔半导体激光器的理论及实验研究

对影响光纤光栅外腔半导体激光器特性的几个重要因素(光纤光栅长度、耦合系数、内腔反射系数)进行了理论分析和数值模拟。从实验上进行了验证,实测了不同反射率情况下激光器的激射光谱,得到了带宽为0.1nm、出纤功率达417.4μW、边模抑制比高达37.9dB的激光谱线。验证的结果表明,理论分析、数值模拟、实验结果是吻合的。     

一种光栅型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是用来截获、测量、识别敌方来袭激光信号并实现自动告警的侦查设备,在现代化战场上,准确识别来袭激光的波长和入射方位角,可提升我军的生存率。为准确获取来袭激光的波长和方位角等信息,本论文基于光栅衍射原理,设计了基于DSP+FPGA的激光告警系统,采用特定的图像处理算法,实现了对来袭激光的准确识别。经试验验证:该系统能有效探测来袭激光波长范围为:800~1500 nm,精度≤10 nm,角度分辨率≤2°。     

部分相干光照明正弦振幅光栅偏振成像的研究北大核心CSCD

偏振成像由于其能检测物体偏振信息并可有效抑制背景噪声信号而受到了广泛关注。以往对正弦振幅光栅成像的研究基本都是在完全相干、非相干、或部分相干照明条件下进行,而本文基于偏振相干统一理论,在部分相干照明条件下考虑了光的偏振态,设计了部分相干光照明正弦振幅光栅的偏振成像系统,据此系统得出其斯托克斯(Stokes)频域计算模型,提供了一种计算Stokes物像频域关系的方法,通过透射交叉系数来描述其偏振成像系统的频率响应,说明偏振成像系统是非线性的,对光栅像强度中直流分量、基频、二次谐波进行分析研究,给出一组归一化Stokes参数下部分相干光照射正弦振幅光栅像面强度图,并利用MATLAB绘制出几组不同物体照明相干间隔与成像系统衍射图样大小比率下的Stokes像强度图,扩展了正弦轨迹分析在偏振成像系统性能评估中的应用。     

反射型体光栅高效频谱组束仿真研究

文章建立了光纤激光频谱组束的体光栅参数优化模型。研究结果表明,随着体光栅空间频率和折射率调制量的增大,体光栅所允许的光束谱宽减小,光束发散角增大,得到空间频率和折射率调制量优化选择参数。文章还对所选取的体光栅参数进行频谱组束的效率进行了分析。研究表明,采用优化参数的体光栅的频谱组束效率可提高至95%以上。     

光栅衍射型超广角激光告警系统的灵敏度分析

研制了光栅衍射型超广角激光告警样机,推导了系统探测灵敏度的估算公式,用1064 nm脉冲激光在半视场角0°~78°范围内测试了样机的最小可探测能量密度。结果表明,半视场角0°~42°范围内,入射激光能量密度保持1.8 nJ/cm2基本不变的情况下,告警系统1级成像光斑的灰度值约由20逐渐减小为7;48~78°范围内,告警系统的最小可探测能量密度约由2 nJ/cm2逐渐增大为7 nJ/cm2;分析表明,随激光入射角度增大,告警系统像差增大导致成像光斑面积变大是引起告警系统最小可探测能量密度变大的主要原因。     

利用飞秒激光双光子聚合法制作相位光栅

使用中心波长为800nm,脉冲重复频率约为83MHz,脉冲宽度为40fs的飞秒激光振荡器,研究了飞秒激光双光子聚合工艺,并制作了一个光栅常数12μm的位相光栅。