"解剖"激光告警

介绍了激光告警的作用,分析了激光告警器的原理、性能要求和分类,然后分别阐述了典型的光谱识别型、相干识别型和散射探测型激光告警器,并对不同类型的激光告警器进行了比较评价.     

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。     

激光告警接收机灵敏度和信噪比分析及实验验证

为了对抗现代战争中日趋严重的激光威胁,激光告警技术已成为亟需研究的课题之一。灵敏度和信噪比是激光告警系统重要的性能指标,它直接影响告警系统整体的探测性能。文中根据信号统计检测理论,提出了一种计算相干探测光谱识别型激光告警接收机灵敏度和信噪比的方法。首先,分析了激光信号和接收机噪声的概率分布。然后,基于阈值探测理论和奈曼—皮尔逊准则,通过引入探测概率因子和虚警概率因子,建立了信号电流方程,进而得到了灵敏度和信噪比的计算表达式。最后,利用该方法对自行研制的光栅衍射激光告警接收机的探测灵敏度和信噪比进行了理论计算和相关的实验验证, 结果表明：由该方法计算的灵敏度和信噪比与实验结果基本相符。     

激光告警中近红外焦平面阵列探测器成像技术研究

为了提高激光探测的方位分辨率,实现对来袭激光的准确定位,选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理,在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。探测器在FPGA时序的控制下,输出模拟量通过高速AD进行采集,数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中,然后通过USB传送至PC机。上位机Labview采集原始数据,处理并显示。利用上述方法,完成了成像实验,采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射,对探测得到的衍射图像进行分析,判断出零级和一级的位置,根据光栅衍射理论,计算出相应波长和二维方向入射角,结果显示波长误差小于10 nm,入射角误差小于1°。     

基于马赫-泽德干涉具的激光光谱探测技术研究

实时、可靠地探测敌方来袭激光的类型和特征参数是激光告警的主要任务。相干探测技术依靠激光的相干性探测其信息,是较有效的探测技术之一。为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置。该装置以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为相干探测元件,它能有效地抑制背景光,无机械扫描部件,光谱检测速度快,可探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术进行实时信息处理,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,运用马赫-泽德干涉具和多通道帧减技术,能实现脉冲激光探测,提高测量精度;可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。     

Na_2SO_4溶液激光拉曼/激光诱导击穿光谱联合探测

光谱技术应用于海底极端环境下多参数、多相态、无接触探测已成为深海化学传感器发展的一个重要方向,尤其是水下激光拉曼光谱技术和水下激光诱导击穿光谱技术正成为目前研究开发的热点。该工作旨在探索一项水下激光诱导击穿光谱与激光拉曼光谱(LIBS-LRS)联合探测技术,以实现LIBS和拉曼两种检测技术在检测系统上的整合,在信息获取上的互补。在实验室搭建了一套LIBS-LRS联合探测装置,该装置对于拉曼和LIBS采用同样的激发光源、光谱仪和探测器,前置光路分为两部分:拉曼光路和LIBS光路,分别收集Na_2SO_4溶液的拉曼信号和LIBS信号。前置光路收集的拉曼和LIBS信号由Y型光纤导入光谱仪,分别在面阵CCD不同区域进行探测。利用该装置对配置的Na_2SO_4溶液进行探测,同时获得了Na元素的LIBS信号和SO~(2-)_4拉曼信号。另外,随着激光能量的提高,在532nm脉冲激光能量超过3.6mJ时,在拉曼光路同时获得了Na元素的LIBS信号和SO~(2-)_4拉曼信号,这样采用同一光路即可实现两种光谱技术的联合,然而实验发现,随着激光能量的增加,激光在溶液中击穿产生的轫致辐射造成了光谱探测基线整体的抬升,对拉曼光谱弱信号的探测是不利的。实验结果初步证明了在拉曼和LIBS在水下联合探测的可行性。     

532和1 064 nm激光的水下LIBS探测对比研究

海洋是国家可持续发展的战略要地,迫切需要海洋探测技术的快速发展,光谱类的化学传感器由于具有原位、非接触和长期探测的优势日益成为研究热点。为了将激光诱导击穿光谱（LIBS）技术应用于海洋原位探测,采用532和1 064 nm波长激光在能量分别为3和40 mj附近进行烧蚀,对比实验研究了532和1 064 nm激光作用下的LIBS击穿特性,并重点探讨了水下激光传输距离对LIBS信号的影响。结果显示,采用1 064 nm的激光能够获得更高的谱线强度和信背比,以及更长的等离子体寿命,但LIBS信号稳定性较差;受水体对不同波长激光能量衰减不同的影响,在水下传输距离2～5 cm范围内,随着1 064 nm激光能量的衰减LIBS信号衰减也很明显,而位于海水“透射窗口”的532 nm的激光LIBS信号基本保持不变。为今后LIBS海洋原位探测系统的开发提供了有价值的设计依据。     

飞秒激光脉冲成丝过程中激射信号的实验研究

为了使理工科专业学生了解和应用飞秒激光技术,设计搭建了双色激光场泵浦-探测实验测量装置,采用高分辨光谱仪测量了飞秒激光成丝过程中N+2离子391 nm激射信号.通过对比圆偏振和线偏振的泵浦激光作用下的激射光谱,探究了391 nm激射产生的物理机制,观测了不同转动能级间跃迁的量子拍频现象,并提取了拍频信号的频率.     

LIBS-Raman光谱联合水下探测系统及初步试验

水下激光诱导击穿光谱技术(LIBS)和水下激光拉曼光谱技术(Raman)已在深海成功获得应用,这两种技术探测对象互补、器件类似,两者联合探测可更好的进行深海研究。针对此需求研发了一套LIBS-Raman光谱联合水下原位探测原理样机,整个系统集成于L790 mm×Φ270 mm的舱体内,在舱体前端有光学窗口和水密插头,舱体内部主要包括脉冲激光器、光谱仪、嵌入式计算机和供电转换装置,甲板控制终端通过水密电缆实现对系统的供电、控制和数据采集。该联合系统采用一台双波长脉冲激光器同时作为LIBS和拉曼光谱的激发光源,LIBS采用1 064 nm波长,拉曼光谱采用532 nm波长。双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路,经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测,LIBS采用AvaSpec-ULS2048光谱仪,拉曼光谱采用QE 65000光谱仪。利用搭建的原理样机在青岛近海进行水下原位探测,在实验室开展了水中固体靶的探测,实验结果证明了LIBS-Raman联合光谱探测装置的可行性。下一步将优化系统并开展深海探测应用。     

空间平台主被动激光探测技术研究

以空间攻防为应用背景,深入研究了主被动天基激光探测技术,简述了国内外在天基平台进行激光雷达和激光告警研究的相关情况。在此基础上,开展了基于天基平台的主被动激光探测技术架构设计,论述了各组成部分及其作用,并对涉及的激光收发、光束扫描及激光告警等关键技术进行了深入分析。     

近距离激光外差探测光学极限位移分辨率

通过统计理论和维纳-辛钦定理推导出激光外差探测系统光电流的功率谱函数,分析了光电流谱线分布与激光光源线宽、中频信号频率以及信号光相对本振光传输延迟时间的关系,修正了相关文献中光电流功率谱的理论公式.根据信号与噪声理论建立了激光线宽引起的相位噪声的一维概率分布模型,并据此得到了基于激光波长、探测距离以及激光线宽的极限位移分辨率的数学模型.对光电流的功率谱和外差光学极限位移分辨率进行了相关的数值仿真,结果表明延迟时间与相干时间的关系决定光电流谱线分布的情况.当激光波长为532 nm,激光线宽在1 kHz,探测距离为100 m时,光学极限位移分辨率为0.266 nm,相关文献中的实验数据与理论推导结果相符合.     

腔镜失调对激光陀螺信号输出的影响

研究了不同腔镜结构不同失调情况对空间谐振式激光陀螺中光束空间位置的影响.利用Collins积分与Collins程函理论以及MATLAB软件工具,对腔镜失调前后激光陀螺中光束传输进行了仿真计算.结果表明,相同失调量的不同反射镜所产生的拍频频差是不同的,且分别从M1和M4镜探测到的拍信号频不相同;对于小增益激光器,使用球面...     

远程激光诱导击穿光谱技术与应用(特邀)

在冶金工业、核工业、深空探测等领域,受限于高温、强辐射等人员无法达到的极端环境限制,亟需一种可快速准确进行物质成份分析的远距离非接触式探测手段。远程激光诱导击穿光谱技术是一种结合激光远距离传输与控制以及弱光信号采集来获取目标材料物质成份信息的一种技术手段,可以实现极端环境下物质的非接触式远距离探测。本文系统介绍了远程激光诱导击穿光谱系统的光学系统结构,以及不同结构远程激光诱导击穿光谱装置的性能特点及其面临的技术瓶颈。针对远程激光诱导击穿光谱技术探测灵敏度与探测距离受限、光谱信息受限等问题,还介绍了国内外常用的远程激光诱导击穿光谱信号增强方法以及激光诱导击穿光谱与拉曼光谱结合等技术方法。最后简要总结了远程激光诱导击穿光谱技术在爆炸物探测、核工业、深空探测等几个典型领域的应用,展望了其在未来的发展。     

双波段激光防护多层反射膜的设计

利用TFCalc膜系设计软件,从理论上对激光防护多层反射膜的光学性能进行了分析。计算了各个膜系的理论投射率曲线。分析了各个因素(如膜系结构、膜层奇偶性、起膜材料)对膜层光学性质的影响。并设计了以ZrO2和SiO2为膜层材料,聚碳酸酯(PC)为基体材料,可以同时防护532nm和1064nm波长激光的1∶2型多层反射薄膜。在532nm和1064nm处的理论透过率都达到了0.01%(光学密度D=4)。并在PC镜片表面镀上23层1∶5型激光反射膜,对理论设计进行验证。对其在400nm~1200nm波长范围内的光学性能进行了测试,测试结果与理论计算值基本吻合。     

激光制导信号告警的仿真

激光制导信号告警能对激光制导信号进行方位和波长等识别，然后引导被保护目标采取相应的对抗措施。通过建立激光制导信号、激光告警以及大气传输的数学模型，对激光制导信号告警进行计算机仿真，能够自动生成告警距离曲线和定向表等。仿真软件还能根据设定的场景进行动画演示。     

腔镜失调对激光陀螺信号输出的影响

研究了不同腔镜结构不同失调情况对空间谐振式激光陀螺中光束空间位置的影响.利用Collins积分与Collins程函理论以及MATLAB软件工具,对腔镜失调前后激光陀螺中光束传输进行了仿真计算.结果表明,相同失调量的不同反射镜所产生的拍频频差是不同的,且分别从M1和M4镜探测到的拍信号频不相同|对于小增益激光器,使用球面镜的腔镜结构较平面镜的腔镜结构更易形成稳定光束空间位置分布|由所计算的空间坐标xn可以看出,双向行波光束的光斑中心发生了偏移,在一定的失调量下将会影响到激光陀螺的拍频输出.研究结果对激光陀螺的工程检测和腔镜调整有指导作用,有助于激光陀螺测量准确度的提高.     

降雨对532nm和1064nm激光传输的衰减特性研究

降雨会对激光信号产生严重的衰减,从而给激光目标探测的应用带来一定影响.激光在降雨中的传输衰减已在红外波段做了大量的实验研究,而可见光波段激光在雨中的传输衰减特性还未见报道.基于夫琅禾费衍射和几何光学散射理论,建立雨滴对532 nm绿激光和1064 nm近红外激光光束的传输衰减模型,对比分析两波长激光在不同降雨量下的衰减...     

几种常见波段脉冲激光峰值功率综合测试技术研究

针对几种常见波段脉冲激光发射机所发出的脉冲激光波长、功率和宽度等特点，进行了激光峰值功率参数的综合测试技术研究。采用多波段光电探测和集成化组合式光学设计及先进的电路设计技术，并利用自行开发的信号通道和量程及采样频率可控的通用测试平台，对不同波长，选择了相应灵敏度高的探测器；对不同功率量程范围选择了合适的衰减片；并对宽度较窄的激光脉冲设计了合适的展宽放大和快速放电电路。实验结果表明：这项技术是实现多波段脉冲激光峰值功率综合测试的有效方法，具有良好的推广应用前景。     

激光告警散射截获距离仿真

针对近地面来袭的激光威胁源,建立基于米氏散射理论的散射探测模型。利用matlab软件对散射光光强随激光探测方向、大气能见度的变化进行了数值分析,结果表明,探测散射光最强的方向是平行于主轴传输方向,大气能见度和散射光强成非线性关系。在分析散射光强受气象条件变化的基础上,得到了不同激光威胁源情况下,激光告警的最大散射截获距离。     

分光技术在自由电子激光结合里德堡态氢原子飞行时间谱装置中的应用

本文描述了一种应用于自由电子激光结合高里德堡态氢原子飞行时间谱装置中的分光方法,以及该方法应用于小分子(如₂S)光解动力学研究中的必要性. 拉曼-α辐射(121.6 nm),用作H原子产物探测的激光,是在Kr/Ar气介质中利用四波混频产生的. 利用透镜对不同波长的光有不同的折射率,四波混频后的混合光在经过一片离轴的氟化锂透镜后,121.6 nm的激光将会与212.6和845 nm在空间上分开. 在激光到达反应中心前利用挡板挡住212.6和845 nm的激光,只让121.6 nm的光经过反应中心,从而消除212.6 nm激光产生的背景信号对实验的干扰. 结合自由电子激光,成功地研究了H₂S在122.95 nm波长下的光解动力学,采集到了产物时间飞行谱. 本文展示了转换得到的产物总平动能谱,解离机理与121.6 nm波长下的结果相似. 实验结果显示,该方法成功地解决了分子在VUV波段进行光解动力学研究的难题,消除了这些分子在紫外光波段因为强烈吸收而产生的背景信号.