4kHz重复频率卫星激光测距系统及其应用

分析了上海天文台皮秒激光器系统在不同重复频率下的输出功率、输出波形等性能,实现了重复频率为4 kHz、功率为3 W、波长为532 nm的激光稳定输出。建立了4 kHz重复频率卫星激光测距系统,实现了4 kHz重复频率卫星测距,其测量数据量和标准点数据精度比1 kHz重复频率的分别提高了约2.62倍和1.62倍,提升了卫星观测性能。采用Lomb算法获得了Ajisai卫星自转频率(平均值为0.4234 Hz)以及自转频率准确度(0.0054 Hz),与1 kHz激光观测系统相比,4 kHz重复频率卫星激光测距系统的卫星自转测定精度显著提升。     

高频共振预探测多脉冲激光测距方法

在无合作目标激光测距中,提出了一种高频共振预探测和多脉冲相关处理对远目标距离进行高精度测量的技术方案.脉冲回波光电流信号经高频共振预探测电路进行放大滤波处理并转换为包含高精度定时特征点的高信噪比的双极性衰减振荡脉冲信号;之后利用多脉冲相关处理构造出的新脉冲函数进一步改善其信噪比.理论计算结果表明:最小可探测光脉冲电流仅为17 nA,与直接探测脉冲方法相比信噪比可提高60倍;在回波光电流脉冲峰值1:10000的动态范围内,走离误差小于0.1 ps.根据此原理研制出了脉冲激光测距仪,仪器在激光发射平均功率约为1 mW时,无合作目标测程大于2000 m,在1.5—300 m范围内测距精度达到±(3 mm+2 ppm),远目标测距精度为±(10 mm+10 ppm).该测距仪系统已用于全站仪产品中.     

单模光纤中线偏振皮秒脉冲光的光致多脉冲现象的新解释

结合单模光纤的本征线性双折射与非线性双折射效应，利用二偏振分量的耦合方程对单模光纤中线偏振皮秒脉冲光的光致多脉冲现象作出了解释，得到的计算结果与实验符合得很好。     

SESAM实现Nd:YAG激光器被动锁模研究及皮秒脉冲测量

分析了1.06 μm半导体可饱和吸收镜(SESAM)结构及被动锁模基本原理,利用SESAM实现了脉冲式Nd:YAG激光器1.06μm激光的被动锁模,获得了稳定的皮秒激光脉冲序列输出,脉冲序列的能量为45mJ.实验上还研究了腔长对SESAM锁模效果的影响.提出一种基于迈克耳逊干涉仪的皮秒光脉冲测量方法--二次谐波自相关单次测量法,分析这种测量方法的原理并构建实验装置对SESAM被动锁模Nd:YAG激光器的皮秒激光脉冲进行测量,测得激光脉冲宽度为43.6 ps.二次谐波单次测量法具有精度较高,操作简单等优点.     

重复频率1.2 GHz皮秒脉冲全光纤掺镱激光器

研究实现了基于半导体可饱和吸收体被动锁模的高重频全光纤掺镱皮秒脉冲激光器.种子源采取环形腔结构,当抽运功率为112mW时,获得了稳定的锁模脉冲激光,其中心波长为1 064.1nm,3dB谱宽为3.6nm,脉冲宽度为4.2ps,重复频率为19.2MHz.受限于谐振腔长度,光纤激光器重复频率很难得到进一步提高.因此设计并搭建了一种基于分束器和延时光纤的全新低损耗高重频脉冲调制器,将种子激光重复频率提高到1.2GHz.该设计有效降低了脉冲在耦合过程中的能量损耗,为提高全光纤超短脉冲激光器重复频率提供了新途径.     

激光诱导等离子体模拟微小空间碎片撞击诱发放电研究

微小空间碎片撞击诱发放电能够触发航天器的在轨工作异常甚至失效,对航天器的安全运行构成严重威胁.国内外相关机构已经利用地面模拟装置对撞击诱发放电的机理进行了初步的研究,但是更深入的研究由于实验条件的限制受到制约,本文根据激光诱导等离子体与碎片撞击诱发等离子体参数相似的特点,首次提出了利用脉冲激光诱导等离子体技术模拟微小空间碎片撞击诱发放电的方法,并从理论上对该方法进行分析,初步的实验结果证实了该方法的可行性.     

基于脉冲激光的空间碎片移除技术:综述与展望

近年来,近地轨道的空间碎片问题对航天应用的威胁日益严峻。通过主动移除技术手段减少在轨空间碎片的数量,从而保障空间资源的可持续开发和航天器的安全运行,已成为相关领域研究的热点。溯源了空间碎片问题的产生及沿革,分析基于不同技术途径的主动移除方案的特点。重点研究了脉冲激光主动移除空间碎片的关键技术与科学问题,总结了现阶段的技术发展情况,并对未来天基激光移除空间碎片的发展方向给出了建议。     

机载多脉冲激光测距特性及其不确定度研究

针对机载平台特殊环境下激光测距的概率特性, 建立了脉冲回波信号的理论分析模型, 得出了不同信噪比情况下脉冲回波信号包络的概率密度分布函数. 结果表明: 信噪比的降低通过回波波形直接导致测距离散数据的不同分布, 大信噪比时呈现高斯分布, 小信噪比时近似瑞利分布, 一般情况符合莱斯分布; 根据恒比定时时刻鉴别方法, 在获取大量实验数据的基础上, 实验结果验证了理论模型的合理性. 对以“方差”定义的测距精度不适用的情况下, 引入测量不确定度的概念, 结合不确定度原理, 通过分布区间概率量化了实验结果, 提出了一种新的评价机载激光测距性能的方法, 该方法能够克服传统评价指标的单一性以及不合理性, 同时为机载光电系统的性能测试与评估提供了参考意义.     

超短脉冲光纤激光器新进展及其应用

超短脉冲光纤激光器是目前激光技术研究领域中最具有活力的研究课题．有着巨大的应用前景。本文介绍超短脉冲光纤激光器的发展概况及最新进展，论述掺稀土超短脉冲光纤激光器原理，对其关键技术及多种新型技术方案做了介绍和比较，分析超短脉冲激光器的应用前景及发展趋势。     

用激光清理空间碎片

正通过研究用于移除空间碎片的地基激光器方案,研究人员推断光束自聚焦可能是一个问题。"用激光清理空间碎片"的原理就是利用强有力的激光将碎片撞出其原有的轨道,使其移动到新的轨道中,并最终在大气中烧掉。Alexander Rubenchik及其同事目前已研究了在大气中传输这些强光束时所产生的光学效应。他们的结论是需要减轻光束的自聚焦、受激拉曼散     

用磁开关产生重复频率多路同步高压脉冲

介绍一种重复频率多路同步高压脉冲产生装置。该装置利用一个高压脉冲变压器对并联的多根脉冲形成线谐振充电,每根脉冲形成线用一个磁开关作为它的脉冲形成开关,通过调整每个磁开关的伏 秒数并使其一致,从而获得同步输出的多路高压脉冲,整个系统的重复频率则由调控氢闸流管来控制。该装置具有kHz重复频率、同步精度小于2ns。     

多束高重复频率全光纤激光脉冲时间波形实时精密测量技术

提出了一种基于时分复用的多束高重复频率全光纤激光脉冲时间波形实时精密测量技术,针对分类成组的多束高重复频率全光纤激光系统不同测量功能需求,分别设计了18时分复用器、不同延时量的12时分复用器,实现了48路、144个1 kHz光纤激光整形脉冲时间波形宽度、上升沿、面积等关键参数的精密测量,同时实现了多束高重复频率全光纤脉冲激光系统运行状态的实时监测。     

多束高重复频率全光纤激光脉冲时间波形实时精密测量技术

提出了一种基于时分复用的多束高重复频率全光纤激光脉冲时间波形实时精密测量技术,针对分类成组的多束高重复频率全光纤激光系统不同测量功能需求,分别设计了1×8时分复用器、不同延时量的1×2时分复用器,实现了48路、144个1kHz光纤激光整形脉冲时间波形宽度、上升沿、面积等关键参数的精密测量,同时实现了多束高重复频率全光纤脉冲激光系统运行状态的实时监测。     

1GHz,48.8fs高重复频率掺镱光纤飞秒激光器研究

GHz基本重复频率光纤超短脉冲激光器由于具有宽光谱,窄脉宽等优势,在高速光刻,高端制造,天文探测,太赫兹检测,精密仪器等领域应用广泛。然而在实现1GHz以上基本重复频率锁模的前提下,如何输出脉冲宽度在50fs以下的超短脉冲是当前科学研究的难点。文章以实现更宽光谱,更窄脉宽的GHz重复频率光纤超短脉冲激光器为目标,通过非线性偏振旋转锁模(NPR)技术,利用波分复用光纤准直器(WDM-Collimator)缩短激光谐振腔长度,最终实现了48.8fs脉冲宽度的1GHz基本重复频率光纤激光器。该脉冲宽度是当前国际上1μm波段GHz基本重复频率光纤激光器的最窄直接输出脉冲宽度。最后对激光器集成形成样机,并有效降低制造成本,提升了系统稳定性。该激光样机可满足天文光梳、卫星导航等领域空间尺寸的需求,有望推动高重复频率光纤超短脉冲激光器工业化、商业化发展。     

基于棒状光子晶体光纤的35W重复频率可调皮秒掺镱光纤激光器

针对激光切片技术缺少重频可调激光光源,设计了一种脉冲平均功率35.4W,脉宽12ps,重复频率300kHz～1MHz可调的高功率掺镱光纤皮秒脉冲激光器。激光器采用全光纤振荡器及预放大系统,配合基于棒状光子晶体光纤的主放大系统,并通过在级联放大中加入声光调制器(AOM)调控重复频率,从而实现重复频率可调的高功率皮秒脉冲输出。激光器振荡器及预放大部分的全光纤设计,相较于空间耦合放大具有光路结构简单、环境稳定性高等特点,有望推动高能量飞秒光纤激光工业化进程,提升其在复杂使用环境的适应性。     

小型高压重复频率微秒脉冲电源及其放电应用

针对实验产生等离子体的需求,研制了一种高压微秒脉冲电源,输出电压最大值为30kV,上升沿最小为300ns、脉宽0.5μs。测试结果表明电源的输出特性由负载决定,同时调节输入电压、触发脉宽可以改变电源的输出脉冲。研究了针-针放电负载时,电源重复频率以及针针间隙对于放电模式的影响,并通过研究电源输出随负载的变化来区别不同的放电模式,最后把电源成功应用于介质阻挡放电。     

小型高压重复频率微秒脉冲电源及其放电应用

针对实验产生等离子体的需求,研制了一种高压微秒脉冲电源,输出电压最大值为30 kV,上升沿最小为300 ns、脉宽0.5 s。测试结果表明电源的输出特性由负载决定,同时调节输入电压、触发脉宽可以改变电源的输出脉冲。研究了针-针放电负载时,电源重复频率以及针针间隙对于放电模式的影响,并通过研究电源输出随负载的变化来区别不同的放电模式,最后把电源成功应用于介质阻挡放电。     

多光子偏振态与单光子高维空间态之间的相互变换及其应用

基于一种特殊的控制非门,实现多光子偏振态与单光子空间高维态之间的相互变换,使得对多光子偏振态的操作可以通过对单光子的操作来完成,由此可以实现任意多光子正定算符值测量和多光子任意幺正操作.这种实现方式是以一定概率完成的,但其效率要优于此前的方案,在目前的实验条件下是可行的. 关键词： 单光子空间态 特殊控制非门 线性光学多端口干涉仪     

大气激光通信中的多层空间脉冲位置幅度调制

针对现有光空间脉冲位置调制频谱效率低、激光器利用率不高等问题,将分层技术与空间脉冲位置幅度调制相结合,提出了一种适合于大气激光通信的多层空间脉冲位置幅度调制方案.通过额外增加少量几个激光器构成多层结构,并通过脉冲位置幅度调制中的脉冲位置携带比特信息,不同层通过脉冲幅度得到区分.介绍了系统中层映射、空间脉冲位置幅度映射及其逆映射的原理,并推导出该方案的误码率表达式.利用蒙特卡洛仿真方法进一步验证了该方案的正确性,并与传统空间调制系统的性能进行了对比.结果表明:与传统光空间调制系统相比,所提方案提高了系统的频谱效率,且所用激光器数目更少.在传输比特相同的条件下,相对于(32,4,128)-空间脉冲位置调制系统,(9,4,8,2)-多层空间脉冲位置幅度调制系统的频谱效率提高了16倍,当误码率为10-3时,其信噪比改善了约1dB,且所用激光器数目不到前者的1/3.其中,括号中的参数分别表示激光器数目、探测器数目、采用调制方式的阶数及层数,层数为1时忽略.