基于光纤组束激光的激光干扰技术研究

为了增强激光干扰技术的机动性和灵活性,迫切需要体积小、重量轻的高功率激光干扰源。通过理论分析和数值计算,结果表明,光纤组束激光具有接近80%的组束耦合效率,并可以达到10kW量级的输出功率。以硅材料CCD为例,该功率量级的组束激光可以有效地实施对光电探测器的饱和干扰以及由温升导致的硬损伤。光纤组束激光是一种新型的激光干扰源,在机载光电对抗领域具有广泛的应用前景。     

高功率光纤激光阵列被动相干组束技术研究

对高功率光纤激光的被动相干组束技术进行了理论和实验研究.介绍了几种典型的被动相干组束技术,并对其功率可提升性进行了分析.详细报道了课题组在光反馈环形腔结构光纤激光相干组束方面的研究进展,研究分析了该相干组束技术的输出光谱特性和路数可提升性,建立了4路和8路高功率光纤放大器的相干组束系统,并分别实现了1062和1090W...     

高功率非相干光纤激光组束方法研究

提高非相干光纤激光组束功率需要较高的光栅衍射效率,通过理论分析和数值仿真,结果表明光栅衍射效率对组束中心波长不敏感,而随着组束波长带宽的增大而急剧减小。为了增加可参与组束的光纤激光器数目,同时确保较高的光栅衍射效率,应将光栅频率f控制在200~400mm-1,光栅厚度t在1~2mm,理论上可以获得10kW量级的组束激光。     

基于反射体布拉格光栅谱组束的设计

 针对反射体布拉格光栅谱组束中缺乏精密控制仪器的实验条件,采用透镜作为光束入射角和准直控制器件,设计了一种结构简单的谱组束系统。基于衍射效率方程,得到了光栅最佳设计参数;基于像差理论,得到了透镜最佳设计参数。针对该设计系统,对影响组束效果的因素进行了分析,并对组束效果进行了预测。结果表明：当激光束的谱宽小于1.5 nm时,设计系统的组束效率能超过90%;而当光束的谱宽达到2.1 nm时,设计系统也能获得超过88.7%的组束效率。     

基于反射体布拉格光栅谱组束的设计

针对反射体布拉格光栅谱组束中缺乏精密控制仪器的实验条件,采用透镜作为光束入射角和准直控制器件,设计了一种结构简单的谱组束系统。基于衍射效率方程,得到了光栅最佳设计参数;基于像差理论,得到了透镜最佳设计参数。针对该设计系统,对影响组束效果的因素进行了分析,并对组束效果进行了预测。结果表明：当激光束的谱宽小于1.5 nm时,设计系统的组束效率能超过90%;而当光束的谱宽达到2.1 nm时,设计系统也能获得超过88.7%的组束效率。     

光纤组束激光的工业加工应用前景分析

为了分析光纤组束激光的工业加工应用前景,对组束激光的角偏移和腔耦合效率进行了理论分析和数值计算,结果表明组束激光输出功率可以达到10kW量级。结合双光栅组束结构,对组束激光的光束质量进行控制,结果表明此条件下优化的组束激光光束质量可以达到1.4左右。光纤组束激光在输出功率和光束质量两方面均满足工业加工的应用需求。     

非对称偏振分束光栅的矢量衍射优化设计

基于严格耦合波理论分析了一种非对称偏振分束光栅的设计。这种偏振分束光栅分别在1级和0级衍射级次上衍射TE和TM偏振波。介绍了利用遗传算法设计偏振分束光栅的方法,并给出了优化实例。仿真结果表明:在设计波长为1.55时,TE偏振波在1级的衍射效率大于93%,TM偏振波在0级的衍射效率大于99%,此时1级和0级的透射消光比分别达到了9914.1和46841.5。通过对设计结果的分析发现,该偏振分束光栅在设计波长附近100nm的波长范围内都具有较高的消光比(大于100),达到了较好的偏振分束效果。     

非相干光纤激光组束中光栅参数的确定

光栅衍射效率是非相干光纤激光组束系统的关键,理论分析和数值仿真表明光栅衍射效率随着光栅频率和光栅厚度的减小而增大。全面综合考虑光栅频率应该选取在200mm-1和400mm-1之间,光栅厚度在1mm到2mm之间。同时提出了一种不等间隔方法提高系统总体衍射效率,该方法较等间隔条件下衍射效率提高了0.1651。     

体布拉格光栅用于高功率光谱组束的研究

使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出。总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7。研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性。由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器（光谱带宽超过4 nm）作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率。     

体布拉格光栅用于高功率光谱组束的研究

使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出。总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7。研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性。由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器(光谱带宽超过4nm)作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率。     

大模场双包层光纤光栅的光谱特性

在分析大模场双包层光纤的模式特性和测试光路中光功率分配的基础上,根据耦合波理论和传输矩阵法,对不同情况下大模场双包层光纤光栅的透射谱和反射谱进行数值分析,结果表明光谱形状取决于模式间的功率分配,通过基模的透射谱可以测量双包层光纤光栅的真实反射率。采用相位掩模法制作了基模反射率不低于99.7%的20/400μm大模场双包层光纤光栅,测试了不同情况下的反射谱和透射谱,实验结果和理论分析的结论一致。     

Spectral Beam Combining of Fiber Lasers by Using Reflecting Volume Bragg Gratings

By employing three reflecting volume Bragg gratings,a near-infrared 4-channel spectral-beam-combining system is demonstrated to present 720 W combined power with a combining efficiency of 94.7%.The combined laser beam is near-diffraction-limited with a beam factor M~2~1.54.During this 4-channel beam-combining process,no special active cooling measures are used to evaluate the volume Bragg gratings as combining elements are under the higher power laser operation.Thermal expansion and period distortion are verified in a 2kW 2-channel beam-combining process,and the heat issue in the transmission case is found to be more remarkable than that in the diffraction case.Transmitted and diffracted beams experience wave-front aberrations with different degrees,thus leading to distinct beam deterioration.     

超短脉冲激光光束被局域体全息光栅衍射的性质分析

利用二维耦合波理论,分析了超短脉冲激光光束被完全重叠型的局域体全息光栅衍射的时空变化性质,给出了衍射和透射脉冲激光光束沿光栅出射边界的强度时空分布。以LiNbO3晶体为例,数值研究了衍射光脉冲强度沿光栅出射边界的分布和脉冲波形的变化及光栅的总衍射效率受光栅二维尺寸、入射角度、光栅折射率调制度及入射脉冲的脉冲时域半峰全宽等条件的影响而变化的情况。与一维体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质,及此光栅对连续光衍射的性质作比较,给出了合理选择光栅参量及入射条件以在光栅出射边界上得到总衍射效率较大且分布较均匀的衍射光脉冲的方法。     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

局域体全息光栅的衍射特性

基于三维耦合波理论，研究了两束有限宽度的任意偏振平面波干涉产生的局域体全息光栅的衍射问题。以单位均匀振幅的任意偏振平面波为例，给出了透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的解析表达式，讨论了记录过程和再现过程中入射的参考光波的偏振角对透射波和衍射波振幅的影响。计算结果表明，记录过程中的偏振角越小，形成的光栅内的耦合越强，衍射效率越高，但光束质量越差；再现过程中不同的偏振角，由于入射波和衍射波的电矢量的不同方向的耦合强弱不同，透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的振幅变化行为不同。     

基于方差的奇异值分解域鲁棒零水印算法

 针对已提出的奇异值分解域鲁棒水印算法往往将水印嵌入在奇异值矩阵的奇异值上,利用奇异值分解产生的两个正交矩阵提出一种基于方差的鲁棒零水印算法.将图像分割成互不重叠的子块,对每个子块进行奇异值分解,通过判断每个子块U矩阵第一列元素平方的方差与V矩阵第一列元素平方的方差之间的大小关系产生零水印序列.算法实质上没有对原始图像做任何修改,具有非常好的不可见性.算法进行抵抗重采样、平滑处理、加噪音和JPEG压缩攻击实验测试鲁棒性.实验结果表明该算法在以上攻击中表现出很强的鲁棒性.     

基于级联相移线性啁啾光纤光栅的梳状滤波器设计

为了获得反射带宽大、信道间隔均匀的高性能梳状滤波器,提出一种基于级联相移线性啁啾光纤光栅的新型梳状滤波器的结构设计.利用传输矩阵法和法布里-珀罗谐振腔理论,数值分析了该梳状滤波器中啁啾光栅的级联方式、啁啾量、折射率调制量和级联处的相移量对光栅反射谱特性的影响.结果表明:对应不同的级联方式,反射峰存在疏密变化,即两个级联光栅的啁啾量同号时,反射峰分布均匀对称,可设计均匀滤波器;而两个啁啾量异号时,反射峰呈现出疏密渐变的特性,可设计非均匀滤波器.此外,光栅啁啾量增加,反射谱带宽增大,但是反射率降低,而增大折射率调制量,可以提高反射率;级联处的相移量改变时,每个反射峰位置发生移动,从而可以通过改变相移量选择滤波窗口.     

透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

级联长周期光栅光谱特性

利用传输矩阵法分析了级联长周期光栅的光谱特性,讨论了级联处光纤的长度、位置以及包层模损耗系数对级联长周期光栅光谱的影响,并对级联长周期光栅和相移长周期光栅的光谱进行了比较。结果表明两者光谱存级联光纤长度较小或级联位置靠近光栅两端时具有较强的一致性,而在级联处光纤较长并且级联位置在中间时,两者表现出截然不同的光谱特性;在不考虑其他损耗的情况下,如果只改变级联处光纤长度,级联长周期光栅总量守恒;此外,当级联长周期光栅在级联处光纤包层模损耗系数较大时,级联长周期光栅的光谱等效于两个长周期光栅光谱的非相干叠加,从而为长周期光栅增益均衡器的优化设计和制作提供了一个简便有效的方法。