复合式激光远场光斑分布定量测量技术研究

激光远场光斑分布测量是研究高功率激光大气传输效应的有效方法,同时也是评估强激光武器作战效能的重要手段。设计了一种基于摄像和阵列探测相结合的复合测量方法,实现了强激光远场光斑时空分布的定量测量。该系统可用于波长为(1064±10)nm、功率密度动态范围为2～5000 W/cm2激光的远场光斑分布测量。     

基于单片机的激光远场光斑直接测量系统

激光远场光斑测量对描述激光束的远场性能,评价激光器以及系统的实际工作性能具有重要意义,通过比较激光光斑远场直接测量与间接测量的优缺点,提出使用单片机控制的探测器阵列进行远场光斑直接测量．描述了系统结构,分析了关键技术,给出了主要程序的框图．该系统能够测量激光光斑大小、形状、总能量、能量分布、重心、束散角等参数,可适用于多种重复频率的激光器,测量面积大、精度高,实时性好,为激光束绝对空间能量分布的测量提供了有效手段。     

偏振控制板对干涉斑纹的匀滑特性

对偏振控制板匀滑随机位相板产生的干涉斑纹的特性进行了理论分析和数值模拟 ,用叠加在光强包络上的斑纹对比度来评价偏振控制板的匀滑作用 ,结果表明结构最简单的二单元偏振控制板对远场光斑具有最佳匀滑效果。     

激光定距引信远场光斑的压缩整形

针对激光定距引信的小型化激光发射系统远场光斑过大、探测距离偏近的问题展开研究。利用几何光学原理对激光定距引信的发射光学系统进行设计,采用非球面透镜与变形棱镜组合实现引信远场光斑的压缩整形,并通过ZEMAX 光学软件仿真优化和光斑试验。仿真试验结果表明,发射光束经过光学系统后,500m处的激光光斑直径被压缩到10 mm 且呈圆对称形状,准直效果显著优于柱透镜光学系统,使原有小型化、低功耗的激光定距引信探测距离明显增大。     

点阵式远场激光光斑监测系统的设计与实现

介绍了一种采用光电探测器点阵监测激光远场光斑的形状分布和激光脉冲时序的方法及其系统的实现。系统可实时监测光斑的形状和形心位置及激光脉冲的绝对时和相对时，激光脉冲发射时间测量精度优于0．2μs。在对激光目标指示器等远场激光照射器的性能评价和激光通信中的远场激光信息场的测量中有较大实用价值，并对大面积的激光光斑的测量有重要的参考价值。     

激光通过大气随机信道远场二维强度分布实时测试系统

文中介绍了激光通过大气随机信道的无场二维强度分布实时测试系统的结构、工作原理和关键技术,用此系统可以方便、准确、形象的观测激光远场光斑的闪烁、漂移和分裂等现象,便于我们研究大气对无线光通信的影响。     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.     

远场激光光斑图像处理方法研究

常用的基于高斯光束特性的激光光斑图像处理算法,处理远场光斑图像会丢失部分能量较低的光斑数据,致使处理出的光斑能量密度低端精度不能达到0.01J/cm2的需求。为了得到更精确的远场激光光斑数据信息,提出了基于噪声特性的激光光斑图像自动阈值处理算法。该算法在分析系统噪声特性的基础上,依据3原则确定图像提取阈值进行光斑图像处理。通过试验验证了该算法既能够有效抑制系统噪声,又能够改善光斑图像的处理质量,恢复光斑图像丢失的数据信息,使光斑能量密度低端达到探测需求。结果表明,基于噪声特性的光斑图像处理算法能够有效提高远场激光光斑的处理精度,更适用于远场激光光斑图像的处理。     

基于随机微透镜列阵的激光光束匀化方法

利用微透镜列阵实现光束的分割和叠加是一种典型的光束匀化方法。而在微透镜列阵实现激光光束匀化时,由于微透镜列阵的周期性和激光的相干性,匀化光斑会产生周期性点阵分布现象,降低了光束匀化质量。提出一种利用中心离轴型随机微透镜列阵消除点阵效应以实现激光光束的匀化方法。在分析光束经过微透镜列阵的传播特性基础上,设计列阵中各个子透镜单元的几何中心偏离其光轴,利用中心离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性,消除目标面处的点阵现象,实现高均匀性的光斑分布。采用移动掩模技术制备随机微透镜列阵,并开展激光光束匀化实验。结果表明,该方法能够有效提高激光光束的均匀性,有望在激光加工、医疗和照明等方向有较大的应用前景。     

大功率激光光束光斑参数的测量

本文针对激光加工大功率激光光束光斑质量诊断的要求,对热电探测器的响应时间、增益和信噪进行了分析,设计了一种新的光电转换电路,实现了对大功率激光功率分布的检测。此光电转换电路适于采用热释电探测器需快速响应。     

利用转动位相片实现多模激光束的光滑化

提出了一种利用转动随机位相片来实现多模激光束的光强分布光滑化的方法，实验制作了随机位相片，并在ＣＯ２激光器上得到了令人满意的实验结果。实验结果与理论模拟符合得很好。     

随机相位误差对相控阵天线的性能影响

为了对随机相位误差对于相控阵天线波束指向精度和副瓣电平的影响进行分析,以一维均匀直线阵为模型,采用概率统计的手段对波束指向误差的数学期望、方差和峰值副瓣电平进行了推导,并对此结果进行了计算机仿真验证和比较.仿真结果表明,理论公式推导得到的结论与仿真实验的各项结果吻合良好.     

相干反馈无序激光器循环光散射探讨

Cao提出了相干反馈无序激光是由循环光散射(即多重散射形成回路)而产生的观点,但未指出不同数目的散射粒子构成的回路可能激射的相对几率.为了便于分析,对ZnO散射粒子提出了立方体、单面镜的简化模型.针对染料溶液中加入纳米ZnO粒子构成的相干反馈无序激光器以及ZnO粉末薄膜相干反馈无序激光器,通过对实验数据进行分析和计算,证明了二粒子回路比三粒子回路更容易激射,粒子越多的回路越难激射.实验支持了这一观点.     

有振幅调制和位相畸变光束通过光阑的变化

用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和统计光学方法对有振幅调制和位相畸变光束分别通过硬边和软边光阑的传输特性作了详细研究。数值计算结果表明近场和远场光强分布与截断参数、系统菲涅耳数、光束的振幅调制和位相畸变参数均有关。     

探测器阵列靶的激光光斑图像复原方法研究

为了准确地测量激光远场光斑参数,使得阵列探测法的研究逐渐成为热点。而阵列式靶板仪靶面探测器受空间物理限制和研发成本等因素影响均不能均匀紧密的排布,这将造成采样光斑失真。利用已知采样点参数对光斑图像实现高精度复原是利用阵列探测法测量光斑参数必须要解决的问题。因此,提出采用改进型的双三次插值算法对光斑图像进行复原。仿真分析并对比改进型双三次插值算法和其他插值算法,结果表明:运用改进型插值算法计算得到光斑总能量误差为1.7 %,光斑质心坐标偏移量在x轴方向和y轴方向较最邻近插值算法和双线性插值算法相比均能降低7.8 %和3.3 %,处理时间较双三次插值算法至少缩短35 %。该研究为提高阵列探测法测量远场光斑参数精度积累了一定的理论基础和实验数据。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

半导体激光器光束特性的计算机模拟与实验研究

为建立一套快速、准确的测量系统以适用于半导体激光器中、大规模生产的测试要求,利用有限元差分数值模拟方法对半导体激光器光束的近、远场分布,发散角等作理论模拟,利用测量系统对其光束的近远场分布、发散角等进行测量。最后提出相应方案处理测量结果以减小误差。与一般测量光束参数的系统相比,该测量系统具有兼顾简单快速与准确的优点。     

大气湍流对舰载激光通信中光能量分布的影响

针对激光在洋面上大气湍流中传输时,光能量分布发生变化,影响激光通信质量。本文基于大气光通信信道模型,对激光在大气湍流中的传输进行模拟,分析大气折射率结构常数、传输激光的波长,传输距离对光能量分布的影响,并用MATLAB对其影响进行了数值模拟。结果表明：在仅考虑大气湍流对激光传输影响的条件下,传输激光的波长对光能量分布具有重要影响。     

激光热处理宽带光斑的研究

本文研究了激光热处理光斑形状对宽带硬化性能的影响,给出了千瓦级和万瓦级激光宽带光源方案。