受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响

测量了不同能量的光束，通过不同长度的水介质在窄线宽与宽线宽两种情况下的衰减系数，研究了受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响.结果发现，激光光束在水中传播时的衰减系数与激光光强和线宽有关，而不是通常情况下所认为的常数.还从理论上进行了分析.     

水中受激布里渊散射阈值的研究

在对水中受激布里渊散射阈值的研究中,针对传统定义上的不足,提出一种新的定义和新的测量方法.测量了不同能量的光束在不同长度的水介质中传输,在宽线宽和窄线宽情况下水的衰减系数.通过水的衰减系数的变化来确定不同情况下受激布里渊散射的阈值.试验发现,水中的受激布里渊阈值在理想稳态和理想瞬态下是一个常数,只与泵浦激光和介质属性有关,和介质长度无关;在中间情况下,受激布里渊阈值是否与介质长度有关,还要根据具体情况来分析.     

水中受激拉曼散射的能量增强及受激布里渊散射的光学抑制

为提高液体介质中受激拉曼散射的输出能量,提出了通过温度调控来抑制受激布里渊散射的方法,设计了532 nm多纵模宽带脉冲激光泵浦的受激拉曼散射发生系统,测量了不同温度下水中前向受激拉曼散射及后向受激布里渊散射的输出能量,分析了水温、泵浦激光线宽及热散焦效应对受激拉曼散射输出能量影响的物理机制.实验结果表明:通过降低水温可实现对受激布里渊散射过程的有效抑制,同时减小热散焦效应带来的光束畸变,从而有效提高受激拉曼散射的输出能量.研究结果对液体介质中的受激拉曼散射多波长转换具有重要意义.     

水体参量对受激布里渊散射阈值及增益的影响

针对水中受激布里渊散射阈值和增益这两个重要特征参量,理论分析了温度和盐度对水中受激布里渊散射增益的影响,同时采用耦合波方程与平均衰减系数相结合的方法,研究了阈值与温度和衰减系数的相关性。研究结果表明,受激布里渊散射的增益与温度和盐度正相关,随着温度和盐度的升高,受激布里渊散射增益增大;而受激布里渊散射阈值随着温度的增加而减小,随着衰减系数的增大而增大。研究结果对了解水中的受激布里渊散射过程提供理论依据。     

多纵模受激布里渊散射阈值

针对自由运转激光, 通过在多纵模受激布里渊散射理论中引进不同纵模的随机初始相位，推 导出抽运光模间隔不受任何限制的宽带多纵模SBS耦合波方程，讨论了宽带SBS阈值与抽运光 线宽、模数、模间隔、布里渊线宽及有效相互作用长度之间的关系. 理论与已有实验结果符 合得很好. 关键词： 受激布里渊散射 多纵模 阈值     

单纵模Nd:YAG激光抽运CH4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd:YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽△vp＜100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态.理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制.当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量.用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡.     

水体参数对受激布里渊散射阈值及增益的影响

受激布里渊散射在激光雷达海洋遥感领域具有广泛应用,而水体参数变化对其阈值及增益等关键特征参数影响的研究还很缺乏.本文利用分布式噪声模型及耦合波方程,理论分析了水的温度、压强和衰减系数对受激布里渊散射阈值和增益系数的影响.在理论分析基础上,设计了一种温度压强可控实验系统,采用平均衰减系数法实验测量了不同温度、压强及衰减系数下的阈值和增益系数.结果表明,受激布里渊散射阈值随压力和衰减系数的增大而增大,随温度的升高而减小,而增益系数则呈现与阈值相反的变化趋势.温度和衰减系数对阈值和增益系数的影响大于压力.研究结果对受激布里渊散射激光雷达海洋遥感探测具有重要意义.     

单纵模Nd∶YAG激光抽运CH_4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽Δνp<100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态。理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制。当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量。用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡。     

受激布里渊散射相位共轭镜在固体激光中的应用

综述了受激布里渊散射相位共轭镜在固体激光中的几种应用。受激布里渊散射相位共轭镜可用于减少光束发散角，改善光束的远场强度分布，实现几束光的相位锁定、压缩脉宽和波形控制。     

780W全光纤窄线宽光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景.分析了高功率窄线宽光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,以及正弦相位调制光谱展宽理论.采用正弦相位调制技术将单频激光器的线宽展宽至2.9 GHz,通过三级放大结构对输出功率为50 mW的窄线宽种子源进行放大,实现了中心波长1064.34 nm、线宽2.9 GHz、最大功率780 W的激光输出,光—光转换效率79%,光束质量M2x=1.44,M2y=1.43.分析了相位调制前后输出功率提高的原因,认为正弦相位调制增加的纵模降低了光纤中的功率谱密度,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使相位调制后的输出功率大幅提高.该激光器的输出功率仅受限于抽运功率,进一步提高抽运功率,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.     

基于Fournier Forand体积散射函数的水中激光脉冲后向散射特性分析模型

基于Fournier Forand体积散射函数,建立了一种水中激光脉冲后向散射仿真模型.运用该模型可用Monte Carlo方法模拟光子在水中的传播过程,并得到光波后向散射的冲击响应.将初始激光脉冲与冲击响应进行卷积并求其傅里叶谱,即可得到激光脉冲后向散射信号的时域和频域特征.利用该模型分析了入射为高斯型激光脉冲时,水中散射体的尺度分布、散射体与纯水的相对折射率以及水体衰减系数对激光脉冲后向散射特性的影响.结果表明：随着小尺度散射体相对数量的增多、散射体与纯水相对折射率的增加、水体衰减系数的增大,激光脉冲后向散射信号能量增强,宽度增加,低频分量显著增大.     

激光水中衰减系数的比较测量法研究

研究了激光水下衰减系数的比较测量法,通过在激光传输路径上进行多点测量激光能量或功率,经过数据拟合获得准确的激光水中衰减系数,此方法可以消除一般测量方法容器侧壁的反射及吸收的影响,并可在较长距离测量激光传输路径上不同位置的衰减系数。在实验室中测量了脉冲绿光、连续绿光、连续蓝光在自来水中衰减系数并进行了比较,结果表明蓝光在水中的衰减系数大于绿光。对水下光通信及水下目标探测具有一定参考价值。     

水的衰减系数及有效增益长度对受激布里渊散射输出能量的影响

本文从理论和实验上分析了水的衰减系数及有效增益长度对受激布里渊散射(SBS)输出能量的影响。实验结果表明,衰减系数越小,SBS输出能量越高。由于脉宽压缩效应,当入射光能量足够高并且有效增益长度相对较长时,SBS易获得高能量而形成极高的峰值功率。一旦这种峰值功率超过受激拉曼散射(SRS)或者二阶SBS阈值,SBS就会作为一个新的激发源去激发SRS或者二阶SBS,从而消耗掉部分SBS的能量,所以会出现后向有效增益长度越长,SBS的输出能量越低的现象。 关键词： 受激布里渊散射 衰减系数 有效增益长度 脉宽压缩     

单光束扩束扫描激光周视探测系统参数对探测能力的影响

针对现有单光束激光同步扫描周视探测对脉冲重复频率要求较高,难以实际应用的问题,提出单光束扩束扫描激光周视探测方法.基于单光束扩束扫描激光周视探测工作原理,推导了最低扫描频率和脉冲频率解析式;分析了圆柱目标回波特性及关键参数截面衰减系数,建立了脉冲扩束激光圆柱目标回波功率数学模型,讨论了系统参数对截面衰减系数的影响,得到最大相邻脉冲光束夹角表达式;重点分析了脉冲频率、光束角和光束入射角对不同直径目标的探测能力的影响;得到了探测系统对典型条件下最大光束角、最低脉冲频率的计算方法.结果表明,对扫描光束稍加扩束可有效降低脉冲重复频率要求.研究结果可为单光束脉冲激光周视探测系统设计、优化提供理论依据.     

单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

 利用透镜聚焦,抛物面喷管约束,结合复摆和光指针测量系统研究了单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响,实验中通过调节激光器工作电压和硅片衰减实现了脉冲能量5~70 J范围的有效拓展;进一步采用纳秒分幅高速相机拍摄了24 J能量下的流场纹影照片。结果表明：在4~9 J低能量和32~70 J较高能量区间,冲量耦合系数均较稳定;9~32 J能量下冲量耦合系数呈线性增长趋势,变化范围(6.5~21.0)×10^-5 N·s·J^-1;纹影照片显示流场演化经历了激光支持爆轰波、爆燃波和激波3个阶段,耦合系数的变化规律源于不同单脉冲能量对应不同的能量沉积效率。     

多通道软X射线Dante谱仪标定及实验

介绍了用于阳加速器上Z箍缩内爆实验诊断的Dante谱仪的结构和通道配置,详细讨论了X射线二极管、掠入射平面反射镜和滤片等主要元器件的标定结果,分析了标定结果与理论计算发生偏差的原因,给出了喷气Z箍缩等离子体辐射的测量结果,X光辐射功率30～40 GW,能量约0.8 kJ,并与闪烁体光电管测量结果进行了比较,差异约20%。     

Theoretical investigation of the dependence of attenuation of pulsed laser radiation by fullerene-containing solutions on the pulse duration

The dependence of attenuation of laser radiation by fullerene-containing solutions on the laser pulse duration is theoretically studied. The investigation is carried out for a wide range of variations in the pulse durations: from 250×10^?15 to 10^?8 s. The contribution of two mechanisms (reverse saturable absorption and induced scattering associated with thermal nonlinearity) to the attenuation of radiation is studied. It is shown that reverse saturable absorption makes a considerable contribution to the attenuation in the whole range of durations under consideration, whereas induced scattering exists only in the range of durations that are longer than some nanoseconds. It is shown that the law of similarity with respect to the product of the intensity and the pulse duration for attenuation of laser radiation is approximately fulfilled in the whole range of durations, i.e., the attenuation depends on the energy density. Additionally, the elementary theory of reverse saturable absorption is developed and the limiting values of the absorption coefficient and the maximum attenuation are obtained.     

The effect of the relativistic transformation law of angles on laser ranging of satellites moving in circular orbits equipped with a single retroreflector

It is shown that due to the relativistic transformation law of angles, a laser pulse reflected from a moving retroreflector propagates not strictly back, but at a small angle to the direction of the laser station. For this reason, the ray located on the periphery of a pulse reaches the receiving telescope of the laser station instead of the central ray of a pulse. As a result, the flux of electromagnetic energy received by the laser station is certainly less than the flux of energy in the vicinity of the central ray. The energy flux attenuation coefficient is assessed on the basis of numerical analysis. It is shown that if the receiving telescope is separated from the laser station in order to be mobile and is moving along the Earth’s surface so that the center of each spot formed by a pulse of the reflected light hits the telescope, then the electromagnetic energy flux during laser probing of the satellite will be higher by more than 100 times in comparison with the energy flux received by the stationary telescope of the laser station. From our study it follows that the maximum speed of motion of the centers of spots on the Earth’s surface does not exceed 8 km/h.