激光窃听实验探究

提出了一种激光窃听模型,并简要地介绍了其实现方法.声音信号在玻璃表面会产生声压,驱动玻璃做受迫振动,使其在激光入射点附近做近似垂直振动.玻璃的微小位移使得反射激光的光轴也发生相应线性的位移.在接收端,通过探测射到光电检测器窗口的光斑面积的变化,可将光信号转变为电信号,再经过放大等处理,实现声音的还原,达到窃听的效果.     

超声振动对于激光烧蚀铝表面温度场仿真分析

针对超声振动对于激光烧蚀铝表面温度场的影响,建立了三维数值模型,利用ANSYS软件对超声振动辅助激光烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟。通过对比不同激光扫描速度、超声振动频率下激光相邻两个光斑温度场随时间的变化,发现相邻光斑的温度、尺寸以及位置均发生改变。数值研究表明,随着激光扫描速度的增加,激光扫描到相同位置的最大温度降低,而且凹坑的深度逐渐变浅;由于超声振动引起的介质分子位移,当超声振动频率为15 kHz时,凹坑温度发生了明显的下降且凹坑位置在振动方向发生了错位,这有利于产生新的激光作用轨迹。     

时间序列散斑干涉技术研究及应用

当用相干激光照射在一个连续位移或变形的漫射物体表面时,在与参考光形成干涉的接收面上即产生一随时间变化的散斑干涉场通过对这一干涉场的时间域进行分析,可实现时变位移场的定量检测本文介绍了基本时间序列散斑干涉场的扫描相位方法和时间序列相位法的相位函数解调原理,探讨了它们的计量特性,并将其用于火箭固体燃料性能的检测.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

基于马赫曾德干涉光路的光压测量装置设计

基于马赫曾德干涉原理,设计搭建了可调制与放大干涉条纹的光压测量装置.由频率和功率可调制脉冲激光产生光压,使真空中两面高反镀铝薄膜产生微小形变(位移),从而使由氦氖激光器发射、经半反半透镜分束的参考光和信号光的光程差改变,即干涉条纹发生改变.用CCD记录干涉条纹位移量,数据处理获得干涉条纹位移量和薄膜形变量的关系,计算出脉冲激光在薄膜处的光压.分别讨论了脉冲激光入射角度、频率等参量对检测结果的影响,并通过双角度入射方法消除了热辐射效应的影响.该检测装置可测得最小光功率为15.0mW所产生的光压大小为13.42μPa,线性工作范围为15.0mW(13.42μPa)至200mW(1179μPa),且工作稳定、灵敏度高,测量结果准确.     

基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量

光反馈自混合干涉技术是一种新浮现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行振动的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量方法。经对光反馈自混合干涉信号条纹分析,发现通过选定合适的光反馈水平及激光器线宽展宽因数,可以得到锯齿干涉条纹。这种干涉信号不仅包含振动幅度信息也包含振动方向信息。该振动测量方法利用锯齿干涉条纹的特点,首先通过条纹记数实现大范围振幅粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的线性表达式,从而实现位移的精测。仿真计算表明,该方法可以实现大量程高分辨力振动位移测量,在叠加20 dB的噪声下,振幅测量相对误差平均为0.5%。     

利用F-P干涉仪测量固体材料线膨胀系数

利用固体线膨胀时的长度改变引起入射到法布里-波罗干涉仪的激光光束角度发生变化的特点,设计了一种测量固体线膨胀系数的装置,并使用CCD精确测量干涉光斑发生的位移,测量了固体棒的线膨胀系数.实验结果表明该方法具有较高的可靠性和精确性,同时介绍了一种可以用于精确测量两平行平面间距的方法.     

大面积金纳米线光栅的制备

利用激光干涉光刻和金纳米颗粒胶体溶液制备了宽度在100 nm以下且总面积达到平方厘米量级的金纳米线光栅结构.制备过程中,首先在表面镀有厚度约为200 nm的铟锡氧化物薄膜的面积为1 cm×1 cm的玻璃基片表面旋涂光刻胶,然后利用紫外激光干涉光刻制备光刻胶纳米光栅结构.有效控制干涉光刻过程中的曝光量、显影时间,获得小占...     

低频液体表面波激光衍射条纹的特征

用激光衍射法实现了低频液体表面波稳定、清晰、反衬度非常高的条纹,并发现了缺级现象.理论上分析了表面波的光衍射效应,得到了衍射光场和表面波之间的解析表达式,表达式包括衍射因子和干涉因子.通过对衍射因子和干涉因子的分析,得到衍射条纹空间分布与表面波波长的关系、条纹的半角宽度与入射激光光斑覆盖表面波的个数和入射方向的关系、衍射光强度与表面波振幅的关系,并解释了条纹缺级现象.     

基于TDLAS检测西林瓶内氧气浓度的多光束干涉抑制方法

应用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术开放单光路短光程检测西林瓶内氧气浓度，因玻璃瓶壁造成入射光多次反射和透射，形成多光束干涉，严重影响信号波形和检测精度。本文提出了一种改变激光入射角度来抑制瓶壁光学干扰的方法，理论分析了入射角度对透射光强分布的影响，详细推导了使两相干光束叠加部分在接收端探测范围之外的入射角度计算公式，并根据现场参数得到理论最佳入射角度。对氧气浓度1%的样瓶进行多次测量，将二次谐波信号峰值的平均值作为信号，峰值的标准差作为噪声，以信噪比(signal to noise radio, SNR)最大作为系统入射角角度的优化指标，实验获得系统的实际最佳入射角度。与决定系数较高的入射角度进行浓度预测对比，交互验证后的最小二乘拟合结果显示：相关系数分别为0.995 9和0.988 9，前者相比后者提高了0.7%，预测的均方根误差(root mean square errors of prediction, RMSEP)分别是0.003 1和0.005 3，前者相比后者降低了41.5%，说明本文方法所确定的最佳入射角，能有效抑制玻璃瓶壁引起的多光束干涉影响，改善系统检测精度。     

Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses

Periodic nanostructures are observed inside silica glass after irradiation by a focused beam of a femtosecond Ti:sapphire laser. Backscattering electron images of the irradiated spot reveal a periodic structure of stripelike regions of approximately 20 nm width with a low oxygen concentration, which are aligned perpendicular to the laser polarization direction. These are the smallest embedded structures ever created by light. The period of self-organized grating structures can be controlled from approximately 140 to 320 nm by the pulse energy and the number of irradiated pulses. The phenomenon is interpreted in terms of interference between the incident light field and the electric field of the bulk electron plasma wave, resulting in the periodic modulation of electron plasma concentration and the structural changes in glass.     

准分子激光辐照K9玻璃的热力效应分析

基于传热学理论, 利用有限元法对KrF准分子激光辐照K9玻璃样品中的热力效应进行了数值分析, 并比较了脉冲数目和重频对损伤效果的影响。研究表明, 较低的准分子激光能量就能够使K9玻璃在表面和体内产生热应力损伤, 热应力损伤在光斑区域内主要由压缩热应力控制, 在光斑边缘和材料内部则主要由拉伸热应力控制。在激光脉冲结束时刻, 产生的温度和热应力最大, 且热应力以热冲击波的形式在材料内传播, 随时间变化而来回振荡, 逐渐减弱。这种热应力的反复冲击会对材料产生持续的损伤增长效应, 增加了材料的损伤时间, 并使材料更容易断裂。脉冲数目和重复频率对损伤效果有着较大影响, 在高重复频率下, 损伤累积效应明显。     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...     

Dynamic gratings in KDP induced by piezoelectric vibrations at optical frequencies

Optical interference fringes were observed in the beam spot of the He-Ne laser transmitted through KDP. The interference fringes originate from the dynamic gratings induced by the electromagnetic field of the incident light. Diffraction fringes appear only in certain propagation directions of light through KDP. This observation is different from that monitored in α-quartz.     

A novel optical multilayer hydrophone with a triangular pyramid substrate

A novel concept for an optical multilayer ultrasonic hydrophone with the sensing film deposited on a triangular pyramid glass substrate is proposed.Using the calculation model for the spectral coefficients’ derivatives of a dielectric multilayer optical coating,the acousto-optic sensitivity characteristic of the hydrophone is analyzed with different measurement laser polarizations and incident angles.We present a reasonable method and adjusting strategy for the optimum working point selection of the ultrasound measurement.Analytic results show that the novel hydrophone possesses all the other merits of a plate glass substrate optical multilayer hydrophone but with improved detection sensitivity.A longer measurement time without distortion decreases the difficulty of high frequency signal circuits.Spatial split of the ultrasound signal caused by the substrate’s triangular pyramid roof simplifies the spatial spot area correction,which contributes to the accurate calibration of the hydrophone’s wideband frequency response.     

激光二极管反馈干涉的实验观测

利用LabView软件虚拟示波器和信号源,观测了激光二极管反馈干涉实验现象．实验证明反馈回激光二极管的光的入射方向和入射光强以及信号处理电路的带宽,对反馈干涉信号有很大的影响．     

Periodic structures induced by scattered light in a photosensitive film on a dielectric plane-parallel substrate

Periodic structures appearing in a thin AgCl-Ag film on a plane-parallel substrate irradiated with a normally incident, focused, linearly polarized Gaussian laser beam λ=633 nm) with a waist spot size of about 0.01 mm have been studied. The structures are formed in the beam spot and its nearest vicinity (with a radius of up to 0.2 mm) as a result of the interference of the incident beam and the waveguide TE modes excited due to the Rayleigh scattering in the film. In the vicinity of the waist spot, the periodic structures develop under the action of a coherent recurrent scattering from back side of the substrate. In addition, periodic structures of ring symmetry have been revealed far (up to 10 mm) from the irradiated spot. It is demonstrated that these structures are due to the interference of radiation scattered from the film and back side of the substrate and reflected from the two boundaries. Interference models are proposed that provide for a good agreement of the interference period, calculated as a function of the distance from the beam center, with the experimental values.     

激光辐照TDI-CCD相机饱和串扰效应及侧斑建模仿真分析

根据推扫式线阵TDI-CCD成像系统的信号存储、传输与转换原理,分析了其在激光作用下产生不同饱和串扰现象的机理,建立了激光辐照TDI-CCD红外相机饱和串扰效应模型;考虑了视场外激光干扰过程中出现的侧斑现象,同时借助光学追迹模型,实现了连续激光干扰星载红外相机的成像仿真过程;通过图像质量评估因子定量分析了不同入射条件下激光辐射对相机输出图像质量的影响。结果表明:入射角不同,激光成像结果不同.选用1.064μm视场外激光在一定入射条件下,当改变激光入射角从2.86°到2.89°时,激光将出现侧斑;当激光功率密度提高1~4倍,光斑干扰面积百分比将不同程度的扩大.     

Two-photon fluorescence isotropic-single-objective microscopy

Two-photon excitation provides efficient optical sectioning in three-dimensional fluorescence microscopy, independently of a confocal detection. In two-photon laser-scanning microscopy, the image resolution is governed by the volume of the excitation light spot, which is obtained by focusing the incident laser beam through the objective lens of the microscope. The light spot being strongly elongated along the optical axis, the axial resolution is much lower than the transverse one. In this Letter we show that it is possible to strongly reduce the axial size of the excitation spot by shaping the incident beam and using a mirror in place of a standard glass slide to support the sample. Provided that the contribution of sidelobes can be removed through deconvolution procedures, this approach should allow us to achieve similar axial and lateral resolution.