激光告警系统中小型静态傅里叶变换光谱仪的研究

相干激光告警接收机较光谱识别型激光告警接收机有着不可比拟的优点,在相干激光告警中实时可靠地获取敌方来袭激光的光谱细节具有重要意义。文章介绍的基于等效斜楔干涉具和线阵CCD的小型静态傅里叶变换光谱仪,是相干激光告警接收机的重要组成部分,其光学部分由一个等效斜楔干涉具和柱面镜组成,内部不含扫描部件,具有体积小、成本低、结构简单、性能稳定、光谱检测速度快等优点,可以满足脉宽大于等于10 ns脉冲激光信号光谱高速探测的要求。该光谱仪波长范围从400到1 100 nm,波长分辨率小于10 nm。文中详细介绍了该光谱仪的设计方法和关键光学元件的设计原理,进行了相关的性能分析,构建了实验系统,应用该实验系统对7个中心波长分别为635,650 nm等的半导体激光器进行了光谱测试,并将测试结果与使用日本Advantest公司的Q8344A型光谱仪测得的结果进行了比较,得到中心波长平均误差为0.269 nm,绝对平均误差为0.919 nm。波长分辨率最小为1.170 nm,最大为8.845 nm,且有较高的信噪比。     

光纤延迟多道分析测量脉冲激光激发时间分辨光谱

报道应用多通道光纤延时耦合结合二维CCD阵列探测,实现瞬态脉冲激光激发光谱时间分辨测量的方法和技术。多光纤延时耦合器由五条不同长度的石英光纤组成,每一光纤之间的长度差为1～2 m(相对延时为 5～10 ns), 光学多道分析器为OMA-4。使用上述方法和装置实现了脉冲激光激发R6G染料激光光谱、脉冲激光激发丙酮(Acetone)的受激拉曼散射光谱以及脉冲激光激发金属样品所产生的等离子体光谱的时间分辨多道测量,时间分辨率达到5 ns。     

基于自衍射效应的自参考光谱干涉方法的研究

研究一种基于非线性透明光学介质中的自衍射和自参考光谱干涉的新方法来进行飞秒激光脉冲测量. 实验中, 基于此新方法设计一种简单装置, 对800 nm 中心波长, 约40 fs 近无啁啾飞秒激光脉冲进行测量, 并与自参考光谱相干电场重建法测量结果进行比较, 得到了一致的结果. 此新方法与相应的装置结构简单, 可以对深紫外到中红外光谱范围的飞秒脉冲进行测量. 关键词： 飞秒激光脉冲 自参考光谱干涉 自衍射 脉冲测量     

基于马赫-曾德尔干涉仪的激光探测大气多普勒频移

以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器,进行了多普勒频移和气溶胶的非相干探测模拟实验。在发射机脉冲能量为500 mJ,重复频率为10 Hz,光谱线宽不超过0.005 cm~(-1),光束发散角小于0.10 mrad,接收望远镜镜头直径为350 mm,以雪崩二极管为探测器,数字采样率为2×10~7 sampling/s,采样数据位数为16 bit(有效位数为11 bit)的条件下,获得了45°斜程探测距离为2500 m的风廓线,视线风速探测精度为2 m·s~(-1)。模拟结果显示,以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器的激光雷达可用于火星风沙直接探测。相对于354.7 nm激光脉冲,1064 nm激光脉冲(可以与激光诱导击穿光谱仪兼容)回波的干涉对比度高,Mie后向散射强度高于Rayleigh后向散射强度。     

紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶的技术实现和系统仿真

多纵模高光谱分辨率激光雷达是一种新型的高光谱分辨率激光雷达.本文在研究典型高功率Nd:YAG脉冲激光器的多纵模模式及其在大气中传输的气溶胶米散射和瑞利散射光谱的基础上,设计紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达系统,采用窄带干涉滤光片滤除太阳背景光的影响,设计可调谐马赫-曾德尔干涉仪,分离提取多纵模激光回波中的气溶胶米散射和瑞利散射光谱,并利用马赫-曾德尔干涉仪双通道输出的互补性原理,精确反演气溶胶光学参量.系统仿真结果表明,所设计的紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达能够实现10 km高度内的气溶胶光学参量精细探测.     

太赫兹时域光谱技术及激光雷达光谱探测误差分析与实验验证

太赫兹波是指频率介于0.1～10 THz之间的电磁辐射,在电磁波谱上位于微波和远红外光之间。大多数生物战剂爆炸物在此波段有特征吸收。与在公共安全领域检测武器、生物战剂等危险品的传统方法相比,太赫兹辐射能量低,不会产生电离辐射,对物质可以做到高灵敏、无损伤和远距离检测。介绍了国内外太赫兹时域光谱技术在在生物战剂爆炸物检测方面的研究最新进展,并设计了一种激光雷达光谱探测与实时测量装置,以傅里叶光学与光信号处理为基础,使用楔形标准具作为分光镜,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,可探测激光雷达脉冲宽度为10 ns,并初步探讨了影响实验结果的几种因素,提出将激光雷达光谱探测技术与太赫兹时域光谱技术相结合,并采用现代模式识别、信号处理技术是生物化学战剂爆炸物实时光谱检测技术的发展趋势。     

半导体光放大光纤环形激光器的偏振混沌与相干性

研究了基于半导体光放大器(SOA)的光纤环形激光器的偏振混沌光的特性及其相干性。实验采集激光器的输出功率和偏振度,得到了基于半导体光放大器的光纤环形激光器的输出从自发辐射到受激辐射、再到偏振态混沌激光辐射的演化过程。利用马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪验证了混沌激光的相干性,并发现混沌干涉只有零级。测量不同光程差时干涉仪的输出功率,计算相应的干涉条纹可见度,进一步算得混沌激光的相干时间约为40 ps。这一结果与根据光谱计算的该混沌激光的相干时间43 ps基本一致。实验还测得该混沌激光的相干性与半导体光放大器的电流无关。并指出了混沌激光相干应用于低相干光源探测领域的灵敏度和分辨力优势。     

大型激光装置束间同步抖动的高精度测量

在多路激光组合使用的大型激光装置中,需要对不同链路输出的激光进行严格的同步控制,以获得更高能量和更高强度的激光脉冲。介绍了利用光谱干涉方法测量大型激光装置中束间同步抖动的基本原理,分析了光谱仪分辨率、束间固有同步延迟等参数对测量精度的影响。在实验上第一次基于光谱干涉方法获得了国内典型的大型激光装置(神光-Ⅲ原型装置)束间同步抖动数据。实验结果表明,神光Ⅲ原型装置的束间同步抖动优于2ps。该方法与目前常用的方法(光电管结合示波器测试方法或者条纹相机测试法)相比具有更高的精度。实验获得的结果为超高峰值功率激光相干合成技术路线和相关误差控制方案的选取提供依据。     

X射线激光干涉对晶体精密测量

基于X射线激光脉冲短、单色性好、能量高而且相干程度高的优点,本文从理论上提出X射线激光干涉用于对晶体结构及缺陷的测量。由于X射线激光波长量级为10~(-10) m,因此可实现高精密测量。此外,本文给出了X射线激光测量晶体的装置、缺陷晶体的测量模型和晶体参量的测量模型。     

多普勒测风激光雷达中马赫-曾德尔干涉仪的视场展宽技术研究

火星大气风速廓线探测对研究火星大气环境具有重要意义,基于马赫-曾德尔干涉仪的多普勒测风激光雷达相对于一般的相干/非相干多普勒测风激光雷达更适合于火星地基探测。为使马赫-曾德尔干涉仪对激光雷达中望远镜接收到的大视场角回波光信号进行频移检测,需要对马赫-曾德尔干涉仪进行视场展宽。对马赫-曾德尔干涉仪中棱镜式视场展宽技术与"猫眼"光学系统的视场展宽技术进行研究后发现,棱镜式视场展宽技术更具优势。设计并搭建了一套光程差为219 mm的马赫-曾德尔干涉仪,使用压电晶体扫描反射镜片的方式测量其对以11 mrad视场角入射的准平行光束的透射谱,得到干涉仪最大的干涉对比度为0.87,满足多普勒测风激光雷达的使用需求。结合地球大气环境分析了干涉仪干涉对比度随高度的变化,结果表明:虽然大光程差马赫-曾德尔干涉仪的干涉对比度在5 km以下低空大气中随高度增加有小幅下降,但仍可使用这种干涉仪进行大气风速探测。     

用于枪击探测的紫外光传感器技术指标分析

利用一款标准的日盲型紫外探测传感器对枪击火焰进行了探测实验,结合紫外光传输特性,对实验数据进行分析,提出了探测枪击火焰紫外光谱的传感器技术指标。不考虑入射角度和响应时间的影响,1 km处要检测到步枪击发,传感器响应电流达到能明显检出的100 nA,则传感器的响应率和响应面积乘积至少达到0.002 AW-1m2。根据一种枪击探测装置原型方案,对紫外探测传感器的透光性、日盲特性、对紫外光的响应率、入射角和短路电流等技术指标进行了分析。采用分子束外延法制备了一种MgZnO紫外探测传感器,对其紫外光谱透光率、响应率和响应时间进行了测量,进一步优化性能后有望满足枪击探测要求。     

常见食用油和煎炸食用油的激光诱导荧光光谱特性

为了实现地沟油的快速检测,利用激光诱导荧光探测技术搭建了食用油类快速检测系统。对多种食用油和煎炸食用油(地沟油的一种)进行了光谱采集,建立了多种食用油和煎炸食用油的荧光光谱数据库,发现煎炸食用油的特征荧光光谱与常见食用油之间存在较大差异,在此基础上利用主成分分析法和BP神经网络实现了油类识别、地沟油的快速检测,总体识别率高达97.5%。实验证明激光诱导荧光光谱技术具有快速非接触和灵敏度高等优点,与BP神经网络相结合能够实现油类的快速识别,成为地沟油快速检测的一种新方法。     

基于超窄线宽激光的一氧化碳多参数检测研究

基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术,通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析,设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统.系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源,利用气体直接吸收光谱测温法,实现了一氧化碳气体温度实时检测.根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理,实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量.利用超...     

Detection of air target based on multi-fractal analysis in a laser radar

A novel approach for detecting laser radar target based on multi-fraction dimension (MFD) of laser clutters has been proposed. The fractal dimension (FD) of laser clutter and the echoes from the plan are estimated using box-counting dimension algorithm. The intrinsic difference in the spectrum of FD Dq between them is extracted and used to detect targets. Experimental results show that the method based on MFD is more reliable than that on FD and can improve the accuracy of detection.     

基于超窄带激光器扫描技术的气体检测研究

基于气体的差分吸收检测原理和超窄带半导体激光器的光谱扫描技术,设计了一种高精度分布式二氧化碳气体检测网络.系统采用超窄带可调谐半导体激光器作为光源,设计了新型气室结构,通过方波信号对光源光谱进行调制,消除了其他气体成分和灰尘颗粒的干扰,并结合空分复用技术,实现了二氧化碳的实时分布式检测.利用超窄带光谱扫描技术测得了不同...     

载波调制激光雷达水下目标探测的仿真分析

激光雷达应用于水下目标探测,光信号受水体后向散射影响,导致目标对比度严重下降。一种以载波调制激光脉冲为探测信号的方法可实现对后向散射信号的抑制。利用基于蒙特卡罗的光子传输模型,模拟载波调制激光雷达水下目标探测的全过程。结果表明该方法对水下目标探测有明显改善,调制参数对探测性能有较大影响。     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

 光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性,即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件,弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响,建立了斜入射猫眼效应反射模型,分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性,以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统,猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内,在此范围之内,猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切;基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术研究进展

激光诱导击穿光谱技术是一种新型的原子光谱分析技术,具有实时快速、 多元素同时分析和样品预处理简单等特点,从一出现便受到研究人员的广泛关注,但分析灵敏度差一直是限制该技术发展的重要因素。基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术将原子荧光光谱技术和激光诱导击穿光谱技术结合,对目标元素进行选择性激发,可以大幅提高激光诱导击穿光谱技术的分析灵敏度,极大地拓展了LIBS技术在痕量元素检测领域的应用。本文综述了基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的研究进展,介绍了激光诱导等离子体中荧光光谱的产生过程以及基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的基本类型和基础原理,详细分析了烧蚀激光能量、 共振激发激光能量和波长、 烧蚀激光和共振激发激光之间的延时以及光谱采集门宽对光谱增强效果的影响,阐述了其在冶金、 环境监测、 同位素检测等领域的应用现状和存在的问题,并对其未来发展前景进行了展望。     

Three-dimensional imaging simulation of active laser detection based on DLOS method

The technology of active laser detection is widely used in many different fields nowadays. With the development of computer technology, programmable software simulation can provide reference for the design of active laser detection. The characteristics of the active laser detecting systems also can be judged more visual. Based on the features of the active laser detection, an improved method of radiative transfer calculation (Double Line Of Sight) was developed, and the simulation models of complete active laser detecting imaging were founded. Compared with the results calculated by the Monte Carlo method, the correctness of the improved method was verified. The results of active laser detecting imaging of complex three-dimensional targets in different atmospheric scenes were compared. The influence of different atmospheric dielectric property were analyzed, which provides effective reference for the design of active laser detection.     

Single-channel vector magnetic information detection method based on diamond NV color center

A method of detecting the single channel triaxial magnetic field information based on diamond nitrogen-vacancy (NV) color center is introduced. Firstly, the incident angle of the bias magnetic field which can achieve the equal frequency difference optically-detected magnetic resonance (ODMR) spectrum of diamond NV color center is calculated theoretically, and the triaxial magnetic information solution model is also constructed. Secondly, the microwave time-controlled circuit module is designed to generate equal timing and equal frequency difference microwave pulse signals in one channel. Combining with the optical detection magnetic resonance technology, the purpose of sequentially locking and detecting the four formant signals on one side of the diamond NV color center (m_s=-1 state signal) is achieved, and the vector magnetic field information detection is accomplished by combining the triaxial magnetic information solution model. The system can obtain magnetic field detection in a range of 0 mT-0.82 mT. The system's magnetic noise sensitivity is 14.2 nT/Hz^1/2, and the deviation angle errors of magnetic field detection θ_x and θ_y are 1.3^o and 8.2^o respectively.