预失真半导体激光列阵技术

相干半导体激光列阵体积小、重量轻,输出能量密度高,非常适于用作对光源尺寸要求苛刻的航天激光光源。为避免随航天器在轨运行的半导体列阵经受变化梯度剧烈的恒星、行星、空间低温热沉的交替加热和冷却的影响,以便能够正常工作,采用潜望式结构设计,将列阵置于舱内,列阵向航天器外输出激光必须经由舱外输出反射镜完成。然而,舱外输出反射镜受周围热环境影响和列阵输出激光束照射,会产生随机热变形,导致输出舱外的激光能量发散;并且,舱外输出反射镜面热变形导致镜面法向偏转,使得输出光束产生较大的指向偏转误差,这极大地降低了能够作用于目标之上的激光束的能量密度,严重恶化输出舱外的光束质量。通过理论推导结合ANSYS有限元分析软件和相关实验,在研究清楚相干半导体激光列阵作为航天激光源的构造、其光场与周围热环境共同作用于舱外输出反射镜的规律与特点后,给出了航天预失真半导体激光列阵激光源技术,通过回波法适时测量舱外输出反射镜引起的波前畸变,处理器配合D/A和高压放大器,驱动驱动器,使舱内添加的反射镜预失真成形,适时使列阵输出产生预失真波前畸变,以抵消舱外输出反射镜的热变形对输出舱外的激光束的影响。相关系统运行实验结果显示,此技术使半导体激光列阵能够适应宇航环境,向舱外输出保障质量的激光束。     

基于激光半主动的弹道修正技术研究

弹道修正技术在压制兵器中的应用可大幅度地提高精确打击能力。分析了激光半主动弹道修正系统的组成及工作原理,给出了光斑尺寸与目标表面尺寸存在差异情况下的激光回波功率的计算公式,提出了在整个系统设计中必须注意的关键技术。     

光学并行高速缓冲存储列阵的实验研究

光学并行高速缓冲存储列阵和随机暂存列阵,是数字光学处理机中的重要部件。本文提出了一种简单的光学并行高速缓冲存储列阵系统,并在实验中完成了光信号列阵的随机存、取全过程。     

外弹道高速目标参数验证算法研究

针对外弹道高速目标跟踪的参数测量问题,运用光学成像原理,提出了时分弹道,分时跟踪、对点验证的新技术,验证了靶场轨道高速运动目标的速度参数。基于轨道的实际长度,推导出了目标跟踪算法,利用该算法并结合单片机控制技术,完成了高速目标在整个轨道的跟踪。通过对由光电码盘AC36实时采集到的转角数据与对应图像的处理,达到了对高速目标速度参数的验证的目的。该算法已在某靶场进行了跟踪测量实验,通过数据分析,速度误差小于1%。     

耦合激光列阵的连续模型及其时空特性的研究

继对整体耦合激光列阵的讨论,本文介绍作者最近对局部耦合激光列阵的研究结果.文中采用连续的近似方法,推导出描述耦合激光列阵的连续模型.正如数字计算结果所表明,耦合激光系统是另外一个很典型的“光学流体”系统.本文还对如何设计耦合激光系统,使之具有高功率、单模输出并保持良好的光束特性,进行了定性的讨论.对波导式耦合的本征不稳定性,运用孤子理论进行了初步的分析,进而讨论了耦合激光列阵中的孤子波现象及其应用.     

大功率二维二极管激光列阵

太阳能应用有限公司的光电子发展部在1990年5月生产出大功率二维二极管激光列阵。这是首次与硅微通道致冷器结合的工业用二极管列阵,该微通道允许在有很小作用面积的组件内得到大功率密度、大负载系数和窄带宽。封装模型允许耦合提高到6个二维列阵,其结果使具有大面积、大密度光孔的单个流体岐管相联。列阵发射的最大功率是1500W,比已研制出的3nmFWHM带宽低2％。它可用于固态激光器的泵浦。     

外腔锁相二极管激光列阵的超模

利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下,解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布,并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布,具体为：当列阵运行于基超模时,近场各个单元间的光场同相,在远场中心位置出现光强主极大;而在其它高阶模式,近场各个单元间光场不同相,远场光强主极大出现在中心位置两侧;远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。     

外腔锁相二极管激光列阵的超模

 利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下，解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布，并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布，具体为：当列阵运行于基超模时，近场各个单元间的光场同相，在远场中心位置出现光强主极大；而在其它高阶模式，近场各个单元间光场不同相，远场光强主极大出现在中心位置两侧；远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。     

外腔锁相宽发光区二极管激光列阵研究

利用简单的外腔,实现了具有宽发光区的商用半导体二极管激光列阵(DLA)的外腔锁相。光谱测量表明,DLA的谱宽由自由运行时的1.9 nm压缩到了0.16 nm,峰值波长由803.8 nm调整到805.5 nm;实测远场光瓣间角距等于1.6 mrad,即波长与发光单元间距之比,表明列阵运行在基超模(或最高阶超模);峰谷结构调制度大于0.8。观察表明,外腔长度在1/10~1/6泰伯距离内变化时,锁相均能实现。实验事实表明锁相是交叉注入锁定的结果。利用半导体激光注入锁定理论,定性分析了外腔DLA由自由振荡向锁相过渡的过程,预言了锁相场波长应出现在自由运行DLA光谱长波端,实验也证实了这一事实。     

激光直接光刻制作微透镜列阵的方法研究

介绍了利用激光直接光刻制作８相位台阶菲涅尔衍射微透镜列阵的工艺方法，并对元件的衍射效率及光刻过程中的制作误差进行了分析，透镜列阵在小形Ｓｈａｃｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ波前传感器中得到了应用。     

激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究

 利用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统以及全光纤位移干涉仪（FDI）,测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 μs内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。     

激光二极管列阵抽运的单纵模激光脉冲再生放大器

详细研究了单纵模激光脉冲从注入到再生放大过程中脉冲的建立过程 ,采用折迭驻波腔结构的再生放大器 ,实现了激光二极管列阵抽运的高稳定单纵模激光脉冲的再生放大 ,获得了总增益为 1 2× 10 7的高增益放大。取出单脉冲能量为 1 2mJ ,单程净增益为 1 5。     

用于X射线激光实验研究的列阵柱面透镜线聚焦系统

用平行排列的柱面透镜列阵与非球面会聚透镜组成一个新颖的激光线聚焦系统,它能获得光强分布非常均匀的、能应用于X射线激光实验研究的高功率激光焦线。实验证明该聚焦系统有良好的特性。     

三种不同端面光纤列阵和半导体激光列阵耦合的(数值)模拟

半导体激光列阵的输出光束有较大的发散角和较强的不对称性，极大地限制了其在各领域中的应用。为了改善半导体激光列阵输出光束的质量，必须采用特殊的光学系统进行光束整形。一种简单有效的方法是利用光纤列阵实现光束由线性排列到圆形排列的转换。对三种特殊制备的光纤列阵和半导体激光列阵的耦合特性进行了数值模拟研究。结果显示，相对于球形端面光纤列阵和锥形端面光纤列阵，球顶锥形端面光纤列阵和半导体激光列阵有着更高的耦合效率(90％以上)。此外，利用球顶锥形端面光纤列阵还可以进一步压缩输出光束的发散角，从而获得更高质量的输出光束。     

分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵实验研究

为了进一步增大光纤拖曳阵的探测距离,研制了缆径为16mm的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵.阵元在10~2 000Hz频率范围内的平均声压灵敏度为-142.7dB(re 1rad/μPa),波动幅度小于±2dB.基于声光调制器的时分、波分联合复用技术实现了32元光纤激光水听器的多路复用,各个阵元之间以及各个通道之间的串扰均小于-40dB,并完成了静态和动态拖曳湖上实验.实验结果表明,研制的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵无论是在静态,还是在6~16节的动态拖曳状态,都能对目标形成稳定的波束指向,与GPS轨迹记录完全一致,展现了分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵在工程上的应用前景.     

基于简单透镜列阵的可调焦激光均匀辐照光学系统研究

本文对基于简单透镜列阵的大口径激光均匀辐照光学系统的调焦能力进行了研究, 结果表明, 改变透镜列阵与靶镜之间的距离即可方便地改变靶面上光斑的大小. 文中详细分析了相关参数对调焦能力的影响, 并在此基础上设计出一个实用的光学系统. 用数值方法模拟了激光束通过光学系统后的传输, 发现尺寸不同的靶面光斑具有基本一致的强度结构特征. 定量地分析了光斑内部散斑间隔、调制对比度、顶部不均匀度及能量集中度等描述光斑均匀辐照质量的指标, 并研究了它们随靶面离焦量的变化关系.     

超大功率二维半导体激光列阵并路自适应稳模技术

半导体列阵量子效率高,输出波长范围涵盖570～1600nm,工作寿命可达数百万小时,叠层列阵可提供超高功率激光输出,在工业、医学等很多领域具有非常广阔的应用前景。但列阵在自由运行时,各发光单元发出的光是不相干的,输出质量差,采用1/4Talbot外腔镜耦合技术,列阵实现了空间锁相最高阶超模,然而唯有基超模远场分布是中心单瓣结构,输出接近衍射极限。为得到最小谱宽、最小发散角、最大功率密度输出,必须将外腔镜倾斜β=λ/2d(λ为工作波长,d为列阵周期),这使得仅有基超模光能成像于发光单元内而被允许振荡。应用此技术于超大功率二维半导体列阵相干锁相时,尽管冷却子系统保障了持续出光,但一段时间后,残余热效应等将导致外腔镜发生随机形变,使β漂移超过阈值使基超模失配,非基超模振荡使远场为非中心单瓣结构,极大地恶化了输出质量。可见,必须适时补偿β漂移,为此,在列阵超模选择稳定性分析基础上,研发了并路自适应稳模技术,并由置于特定结构中的传感探测光源、微透镜等构成的传感探测子系统、补偿子系统实现。试验结果显示,β漂移被及时感知补偿,基超模光稳定占优地成像于发光单元内,使输出光质量高,列阵性能被有效增进,在满足有高品质需求的应用上意义重大。     

高速摄影在弹道测试中的应用

高速摄影是研究高速运动现象的重要工具,尤其对兵器研究中众多高速迅变现象的观测,它可以给出满意的信息。本文介绍利用调Q红宝石脉冲光源的D ZC-Ⅱ型新型弹道测试系统,介绍该系统的结构性能、主要部件、摄影方法等,以及由该系统对五六式,7.62mm弹道枪弹在外弹道,终点弹道不同瞬态进行高速摄影所获得的重要图片。