基于双频激光干涉反馈的快速精密定位系统

为了实现大量程、高精度测量系统的快速驱动与定位,结合双频激光干涉仪、可回收废气的空气静压导轨、精密滚珠丝杆以及伺服控制系统,研制了一套定位精度高、重复性好的快速精密定位系统。该系统以双频激光干涉仪为测长基准,实时反馈系统工作台位置信息;采用余气回收式空气静压导轨克服了传统气浮导轨余气对激光干涉测量光路系统的影响;在定位过程中引入PID运动控制技术,通过调节伺服控制器的PI参数使系统拥有快速平稳的响应特性。经实验测试,在500mm行程范围内,该系统的轴线双向定位精度可以达到0.266μm,重复定位精度可以达到0.173μm,具有较好地快速响应特性。应用所研制的精密定位系统对一维直线光栅样品进行了扫描,并与用Olympus共焦显微镜测得的数据进行了比对,表明系统具备良好的轴向定位能力。     

Ultrafast laser system based on noncollinear optical parametric amplification for laser spectroscopy

We report the experimental demonstration of transform-limited sub-6 fs pulses at an optimal central wavelength by a tunable noncollinear optical parametric amplification(NOPA) source. Meanwhile, a white light continuum in the near-infrared(NIR) range from 900 to 1100 nm is also successfully generated by focusing the unconverted800 nm beam during NOPA generation on a sapphire rod. Both visible-pump/visible-probe and visible-pump/NIR-probe experiments are realized using the same laser system. As examples, ultrafast photo-induced exciton dynamics inside two kinds of materials are investigated by the visible-pump/visible-probe and visible-pump/NIR-probe spectroscopy, respectively.     

Multiterawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification

A compact multiterawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification is demonstrated. Chirped pulses are amplified from 20 pJ to 900 mJ by two lithium triborate optical parametric preamplifiers and a final KDP optical parametric power amplifier with a pump energy of 5 J at 532 nm from Nd:YAG-Nd:glass hybrid amplifiers. After compression, we obtained a final output of 570-mJ-155-fs pulses with a peak power of 3.67 TW, which is the highest output power from an optical parametric chirped pulse amplification laser, to the best of our knowledge.     

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30 MHz,脉冲半高全宽为265 fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100 ps后,经过1级芯径10 m的光纤预放大器和1级芯径50 m的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10 W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594 fs。     

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30MHz,脉冲半高全宽为265fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100ps后,经过1级芯径10μm的光纤预放大器和1级芯径50μm的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594fs。     

用于X射线激光实验研究的列阵柱面透镜线聚焦系统

用平行排列的柱面透镜列阵与非球面会聚透镜组成一个新颖的激光线聚焦系统,它能获得光强分布非常均匀的、能应用于X射线激光实验研究的高功率激光焦线。实验证明该聚焦系统有良好的特性。     

Compact, filtered diode laser system for precision spectroscopy

Stable, narrow-linewidth optical sources are necessary in modern atomic physics. An appealing approach to achieving approximately 10 kHz frequency stability is optical feedback. We have designed a compact external cavity diode laser with optical feedback to a filter cavity mounted on a single baseplate and enclosed inside a vacuum sealed box. The design was implemented for three wavelengths addressing the 422 nm cooling, 1091 nm repumping, and 674 nm clock transition lines of Sr(+). We are able to cool a single, trapped strontium ion to approximately 2 mK and observe motional sidebands of the 5S(1/2) <--> 4D(5/2) transition.     

光学系统透镜热形变特性仿真研究

光学系统透镜组件在环境温度变化时发生的形变,特别是透镜的厚度、面形以及透镜间空间位置的变化,对系统成像质量有着不可忽视的影响。分析计算了某型导引头光学系统透镜组件在温度载荷下的形变特性。计算结果表明,当环境温度从20℃降低到-40℃时,透镜表面位移呈现出显著的梯度变化,7个透镜中表面的最大位移达0.05mm,透镜厚度的变化率超过0.05%,透镜间距离的最大变化率为3.46%。利用数据重构技术,计算结果可以作为透镜镜面形变分析的参考数据。     

强激光畸变波前的高精度重构

高精度的波前重构,是实现对强激光波前畸变进行有效补偿与控制,提高光束质量的重要前提。先利用三个较远的衍射面及输入面上的强度信息,重构出强激光波前的以均方根梯度来描述的低频成分;再利用两个较近的衍射面及输入面上的强度信息,重构出强激光波前的以随机分布描述的中高频成分。当波前畸变的低频幅度小于或等于2λ,中高频幅度小于或等于0.15λ时,算法具有良好的收敛性能。     

强激光畸变波前的高精度重构

 高精度的波前重构，是实现对强激光波前畸变进行有效补偿与控制，提高光束质量的重要前提。先利用三个较远的衍射面及输入面上的强度信息，重构出强激光波前的以均方根梯度来描述的低频成分；再利用两个较近的衍射面及输入面上的强度信息，重构出强激光波前的以随机分布描述的中高频成分。当波前畸变的低频幅度小于或等于2λ，中高频幅度小于或等于0.15λ时，算法具有良好的收敛性能。     

大型激光装置精密同步系统总体技术研究

提出了一种用于大型激光装置的精密同步系统总体架构技术。该技术采用时钟及数据恢复、光级联技术成功地实现了多数量、多种类同步触发信号的有序组合,保证了同步触发信号的精度,获得的ps级精密同步触发信号的时间间隔抖动为:峰峰抖动小于100ps,均方根值小于10ps。     

High-dispersive mirror for pulse stretcher in femtosecond fiber laser amplification system

We present a high-dispersive multilayer mirror for pulse stretching in a femtosecond fiber laser amplification system. The designed mirror contains 54 layers with a total physical thickness of 7.3 μm, which can provide a positive group delay dispersion (GDD) of 600 fs² and a high reflectance over 99.9% from 1010 to 1070 nm. The samples were prepared by dual ion beam sputtering. The measured transmittance matches well with the theoretical result. The GDD characteristics of samples were tested by home-made white light interferometer. The measured GDD is higher than the design results, an average GDD of +722 fs² from 1010 nm to 1070 nm. The mirrors were employed in a Yb-doped large-mode-area photonic crystal fiber amplification system. An input pulse compressed by the gratings with autocorrelation function of 83 fs is obtained with a stretched FWHM of 1.29 ps after 28 bounces between the dispersive mirrors. The results show that the multilayer dispersive mirror could be an effective and promising technique for pulse stretching in femtosecond amplification systems.     

大型激光装置精密同步系统总体技术研究

提出了一种用于大型激光装置的精密同步系统总体架构技术。该技术采用时钟及数据恢复、光级联技术成功地实现了多数量、多种类同步触发信号的有序组合,保证了同步触发信号的精度,获得的ps级精密同步触发信号的时间间隔抖动为：峰峰抖动小于100 ps,均方根值小于10 ps。     

啁啾脉冲放大激光系统中展宽器色散的解析算法

时域色散精密控制是超短激光产生及其应用中的关键技术之一,它通过控制各波长的光程产生相对延迟从而改变脉冲宽度.展宽器是啁啾脉冲放大激光系统中对激光脉冲展宽的装置,基于光线追迹法研究光线在展宽器中的传输路径,可计算飞秒脉冲中各波长的光程,进而计算脉冲展宽量并应用于系统设计.由于展宽器的光程表达式复杂,直接对其求导获得色散表达式较困难,目前只能采用数值导数获得近似解,这在计算过程中会引入误差,不利于激光系统精确设计和优化.本文介绍了一种易实现的求解展宽器色散的解析算法,通过归纳展宽器光程表达式特点,引入四个基元函数,将光程表达式分解和反复代换,可得到高阶色散的精确解析值.本文首先对Martinez型展宽器重新光线追迹,获得与Offner型展宽器一致的相位表达式,其次通过解析算法获得了两种展宽器的精确高阶色散值,最后将解析算法与数值算法的结果进行了比较.该解析算法对于啁啾脉冲放大系统的参数设计具有实用价值.     

全固态双向加压调Q激光器及放大技术研究

报道了一台激光二极管侧面泵浦Nd:YAG双向加压式电光调Q全固态纳秒激光器。采用结构简单的平-平腔设计,当重复频率为500 Hz时,得到了脉宽为5～20ns的可调输出,当脉冲宽度为6ns时,获得了平均输出功率为2.31W、中心波长为1064 nm的基模光,光束发散角为2.1 mrad,M2≤1.2,单脉冲能量稳定性高于1.16%(均方根)。采用两种不同的双通放大方式对调Q光进行放大,分别获得了功率为18.7 W和24.4 W的脉冲输出,单脉冲能量抖动低于2.16%和1.87%。     

一种基于图像处理保偏双尾纤装配精度的检测方法

双尾纤相对位置的装配精度直接影响保偏双光纤准直器的保偏性能。研究和分析了双尾纤的装配精度对保偏准直器保偏性能的影响,并指出双尾纤端面"猫眼"的垂直度是主要影响因素。提出了一种保偏双尾纤装配精度的检测方法,检测系统主要由CCD摄像机、显微镜、图像采集卡和VC开发的检测处理软件等构成。还对系统中保偏双尾纤端面图像获取及图像预处理、检测光心"猫眼"坐标位置所采用的算法及"猫眼"垂直度的检测模型进行阐述,该系统检测精度优于0.5°。     

提高脉冲激光引信定距精度的仿真研究

激光引信是随着激光技术的发展而出现的一种近炸引信,其定距精度的高低,直接影响系统的最终性能。提出了采用Xilinx公司的SpartanⅢ系列FPGA芯片,通过对基准时钟的相移,利用4个相位相差90°的倍频时钟的方法进行脉冲测距,从而大幅度地提高脉冲激光引信的定距精度,理论上定距误差为0.1875m,并通过Modelsim进行仿真验证。     

基于激光阴影照相系统的研究

针对目前高速弹丸飞行参数测量系统采用被动光源存在的光源能量利用率低、对环境敏感等问题,研究了一种组合式主动激光阴影照相系统。在对系统理论分析的基础上建立了高速弹丸的空间位置模型和2种测速模型。搭建了激光阴影照相系统试验平台,对系统设计的合理性进行了检验。试验结果表明:2种测速模型都能实现对弹丸飞行速度的测量,并且2种方法的对比误差比较小;弹丸空间位置在X轴方向的均方差为0.795 mm,在Z轴方向的均方差为0.496 mm。与纸靶的测量结果相比,偏离程度在1 mm范围内;该系统能够实现对弹丸飞行参数的测量。     

Generation of few-cycle laser pulses by coherent synthesis based on a femtosecond Yb-doped fiber laser amplification system

We demonstrate a coherent synthesis system based on femtosecond Yb-doped fiber laser technology. The output pulse of the amplification system is divided into two replicas and seeded into photonic crystal fibers of two parallel branches for nonlinear pulse compression. Because of the different nonlinear dynamics in the photonic crystal fibers, the compressed pulses show different spectra, which can be spliced to form a broad coherent spectrum. The integrated timing jitter between the pulses of two branches is less than one tenth of an optical cycle.By coherently synthesizing pulses from these two branches, 8 fs few-cycle pulses are produced.     

增强现实环境下的CPS虚拟装配系统研究与实现

基于双目视觉原理，利用Unity3D游戏引擎开发了一种增强现实环境下的信息物理融合(cyber-physical systems, CPS)虚拟装配系统。通过研究快速定位算法识别特征标记点建立虚拟模型与实物装配单元的配准关系，融合虚拟模型投影图像与实物装配体图像实现虚拟装配仿真，实时输出在视频眼镜结构中显示。经过试验验证，该系统满足CPS实时性、稳定性以及信息世界与物理世界融合的要求。