多孔硅拉曼光谱随激发功率变化的研究

用阳极氧化法新制备了多孔硅样品,以457．5nm固体激光器为激发光源,在不同激发功率下,获得了拉曼谱图和一些谱峰参量随激光功率的变化关系。解释了520cm^-1和300cm^-1附近拉曼峰随功率变化的一系列可逆的实验现象：随激光功率升高出现的红移和非对称性展宽,主要是由于样品局域平均粒径变小而受量子限域效应的影响导致的;样品局域平均粒径在表面上的二维减小与随激光功率升高而导致的局域温升并不违背基本的热力学定律;高功率时520cm^-1附近双峰的出现是由于多孔硅样品局域平均粒径达到一定阈值而导致的纵模和横模双声子模的分裂。     

利用光纤激光器光谱边带效应测量光纤色散

基于被动锁模光纤激光器中色散波与孤子波的相瓦干涉产生的光谱边带效应,提出了一种测量单模光纤色散系数的方法.测量了各级边带中心波长的偏移量,利用边带偏移量与腔内总色散之间的关系,得到腔内总色散值.不同长度的同种光纤构成的环形腔,其总色散值不同,它与光纤长度的变化斜率即是待测光纤的色散系数.搭建了被动锁模掺铒光纤激光器平台,在1560 mm波段测量了G.652常规单模光纤的色散系数,实验值为16 ps/(mm·km),与典型值17 ps/(nm·km)符合得很好.     

纳米流体的激光自混频功率谱密度研究

纳米流体运动特性和颗粒参数的测量对纳米流体换热效率的研究具有重要意义。本文将激光自混频技术应用于纳米流体测量中,给出了自混频信号功率谱密度函数的表达式并实验研究其变化规律。研究结果表明,功率谱密度展宽具有佛克脱函数的形式。激光垂直入射流动样品池时,功率谱密度得到展宽,展宽程度随着定向流速的增大或束腰半径的减小而增大。激光倾斜入射流动样品池时,功率谱密度在展宽的同时还伴随多普勒峰移,其位置随着定向流速的增大或散射矢量与定向流速之夹角的减小而迁移至高频。     

脉冲激光烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布与激光功率密度分布的研究

用较为符合实际的高斯分布表示了脉冲激光输出功率密度分布，讨论了脉冲激光功率密度分布函数形状变化对烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布的影响。建立了考虑热源项的热传导方程，并给出了相应的边界条件。以Si为例，用有限差分方法模拟了温度随时间、位置的变化规律，模拟过程中强调了对边界条件的处理，使整体截断误差保持最小。通过改变脉冲激光功率密度分布函数的形状，分析了温度分布的变化。结果表明，相比恒定脉冲功率密度输出，功率密度高斯分布的激光束与靶材作用时高温阶段的温度变化率变大，靶材表面熔融时刻热扩散距离增加；当激光器上升沿变陡时，在有效作用时间内温度上升得更快，对加工区域周围热效应的影响明显减弱，而热扩散距离变小。     

车载激光多普勒测速仪参数估计的Cramer-Rao下限

考虑到加速度和高斯型包络对激光多普勒测速仪的影响,在引入加速度分量的基础上,研究了高斯包络型多普勒信号的参数估计.根据数理统计的理论,分析了多普勒圆频率及其一阶变化率估计方差的Cramer-Rao下限(CRLB),给出了参数估计方差的CRLB计算公式,并讨论了各参数带修正的功率谱估计.理论分析及仿真结果表明:参数估计方...     

横向位移双曝光散斑图维纳谱的信息分布

讨论了横向位移双曝光散斑图维纳谱的信息分布，并由此导出杨氏纹图的一般表达式。讨论了条纹可见度与应变，面内转动，照明光束直径与条纹图图空间坐标的关系，指出了在条纹可见度影响下最大可见条纹数目。还讨论了散斑衬比与衍射晕的关系。     

基于时变功率谱的激光器调谐瞬时线宽测量方法研究

半导体激光器的线宽通常采用激光外差测量技术,通过差拍信号的功率谱密度函数来确定,受傅里叶变换方法的限制,得到的均是在一定时间段内的静态平均线宽。为了获得半导体激光器在电流调谐过程中的瞬时线宽特性,提出了利用时变功率谱获知调谐瞬时线宽的相干和非相干测量方法,并分别进行了理论分析和实验验证。首先对半导体激光器输出光信号及差拍信号进行了时间-频率域下的数学描述,确定了时变功率谱与调谐瞬时线宽的关系;其次,针对差拍信号的趋向性特征,提出了趋势局部均值分解方法,并研究了利用分解出的乘积函数建立差拍信号及激光器输出光信号的时变功率谱的方法;最后利用非相干和相干测量法分别获得了分布反馈式半导体激光器在50~51及50~100 mA锯齿波电流调谐过程中的瞬时线宽。     

基于靶面温度测量的激光强度时空分布重构方法

基于靶面温度分布测量反演激光强度时空分布的重构表达式中,被积函数包含的奇异阿贝尔核函数导致了求解积分表达式的病态和解的不稳定。为了解决这一积分求解问题,基于广义函数理论和正则变换方法,对积分函数进行了重新构造,获得了基于靶面温度时空分布测量反演入射激光强度分布的重构算法,并分析了重构结果对温度测量误差的敏感性。借助数值模拟方法对重构算法进行了验证,数值计算给出了重构强度误差与靶板厚度和辐照时间的关系。验证结果表明,两种背光面边界条件下反演获得的激光束时空分布,不仅与原始模型激光束达到了较好的一致,而且不受薄板条件的限制。算法对强激光辐照效应的靶面激光参量监测有实用性。     

错位光纤干涉激光谱结合BP神经网络的温度传感研究

在分析不同温度时单模错位光纤干涉光谱对应波长的条件下,搭建三层BP神经网络模型对温度传感进行研究,解决了常规光纤测温系统复杂和精度不高的问题。对建立的网络模型参数进行探讨,将采集的激光波长与对应的温度数据,经BP神经网络训练,对比得到最佳网络结构,达到在训练完成的网络输入层输入激光波长值时,便可在输出层得到对应的温度预测值。结果证明,实验输出的预测温度值与实际温度值之间表现出明显的相关性,即预测值能够逼近实测值。温度校正和预测相关系数分别达到0.999 61和0.979 27,校正标准误差与预测标准误差分别为0.017 5和0.144 0,得到预测集的平均相对误差为0.17%,剩余预测误差RPD可达到5.258 3,RPD大于3.0,说明定标效果良好,所建模型可用于实际的检测。另外,将该算法用于了带校正的双耦合结构单模错位光纤测温系统中,结果表明BP神经网络方法能够较好的处理错位光纤测温系统中激光光谱数据和温度之间的非线性关系,预测温度值与实测温度值之间的相关度为0.996 58,得到预测温度值与实际温度值之间平均相对误差为0.63%,从而提高了光纤测温传感器的精度和稳定性,同时也验证了该算法在光纤传感上的可行性,也为错位光纤的压力、曲率等其他物理量传感的精确测量提供了新思路。     

Measurement for Scattering Media by Synthesis of Optical Coherence Function with Super-Structure Grating Distributed Bragg Reflector Laser Diode

The application of the technique of synthesis of optical coherence function for detection in scattering media is investigated. By modulating the optical frequency, the technique synthesizes the coherence function into a delta-function-like peak at an arbitrary location, and thus can select interferometrically the information at that location. The location is adjustable by the modulation parameter or additional phase modulation. A multi-section super-structure grating distributed Bragg reflector laser diode (SSG-DBR-LD) of THz-order tunable range is employed to enhance the spatial resolution for suppressing the multiple scattering from locations other than that detected. In a preliminary experimental demonstration, a reflectometry of 550 μm spatial resolution was achieved and was used to detect scattering media.     

色散吸收一维光学系统中光场量子起伏的功率谱

利用格林函数方法量子化色散吸收介质中的电磁场,针对由三层色散吸收介质组成的一维光学系统,研究其中光场的量子理论,借助起伏一耗散定理给出色散吸收介质光腔中光场量子起伏的功率谱,并通过数值计算结果分析和讨论介质的色散吸收性质对光学器件工作性能的影响。结果表明,系统的工作状态与所选光场频率密切相关,并且每一区域中介质的色散吸收性不但影响自身区域的电场起伏功率谱,而且明显地连带另一侧介质中电场起伏功率谱的变化行为。此结果对于研究复杂的介质分布与结构体系在光通信、现代光学工程、微波技术等领域中的实际应用有着重要的指导意义。     

Spectrum Invariance for a Particular Class of Optical Fields Propagated in Far Zone

This paper describes invariance of the normalized optical spectrum for a particular class of optical fields propagated in the far zone from a secondary, spatially, partially coherent source. The optical field across the secondary planar source is inhomogeneous to give the complex degree of spectral coherence such that μ = h(αω(ρ₁–ρ₂))exp(iɛω(ρ₁²–ρ₂²)), where α, ɛ are constants, ω is optical frequency, and ρ₁, ρ₂ denote two points in the secondary source. This expression for μ is the same as obtained in the Fresnel zone from a primary, spatially incoherent source. The invariance law does not hold for the spectrum of the light propagated from the primary source.     

三维空间域多普勒功率谱及其多天线系统性能

在三维(3 dimensional,3D)空间域信道建模中,针对波达信号仰角(elevation angle,EA)在不同覆盖区散射体环境中的分布,提出了指数型EA仰角概率密度函数并对其信道特征实现建模.在假设波达信号方位谱为均匀分布时,采用近似算法在对称和非对称两种情况下导出其多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)闭合表达式.从分析结果可发现PSD与仰角函数式及波达信号边界角度参数βmin和βmax关系密切,并与多普勒频移密切相关.对该三维空间域中的多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)多天线信号衰落相关性(spatial fading correlation,SFC)进行了推导和仿真.结果表明MIMO多天线阵元间SFC与βmin和βmax关系密切,而EA仰角概率密度函数参数n对SFC影响较小.本文引入的指数型EA仰角概率密度函数可应用于多种无线通信环境下的信道参数估计,且与传统模型对比表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验值,拓展了对3D空间域统计信道的建模与MIMO多天线分析计算.     

星-地下行传输孔径接收闪烁频谱的理论和实验研究

基于孔径接收的对数振幅相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。分析了天线孔径和天顶角对闪烁频谱的影响。通过恒星观测实验,对下行孔径接收的闪烁频谱进行了实际测量。实验结果验证了理论计算。研究表明,下行孔径接收的闪烁频谱分为低频段和高频段两部分。低频谱为常量,高频谱呈指数关系变化,指数下降因子为(-11/3)。随着接收孔径尺度增加或天顶角减小,频谱幅值逐渐减小,但闪烁频谱的形状保持不变。     

用于测量高功率激光远场光强空间分布的小畸变光强衰减与成像系统研究

介绍了用于测量星光装置激光远场空间分布的高衰减倍率与成像系统。它是高功率激光产时监测系统的组成部分。衰减器减倍数可以在１０＾－２－－１０＾－１２间变化，衰减成 给定条件下引入的附以像差被控制在２倍衍射极限之内，总的波像差小于２λ／３。     

大功率激光单模光纤远距离传输的注入光纤光功率限值分析

对于大功率激光单模光纤远距离传输, 采用传统的受激拉曼散射(SRS)阈值作为注入光纤激光功率值取值过大。本文对单模光纤远距离传输过程中泵浦光和拉曼斯托克斯光(Stokes)光功率随注入光纤激光功率的变化进行仿真与理论分析。根据光纤中SRS产生的机理, 提出以拉曼Stokes光在单模光纤中传输的光功率变化曲线曲率极大值点对应的注入激光功率为限值, 对注入单模光纤光功率限值随着光纤长度变化进行仿真, 通过曲线拟合得出注入单模光纤激光功率限值公式, 并搭建实验系统进行验证。结果表明, 提出的注入单模光纤激光功率限值适用于大功率激光远距离单模光纤传输。     

强激光装置中玻璃疵病在线检测的光学系统设计

介绍了一种用于玻璃疵病在线检测的近摄工作距成像光学系统,其光组结构形式采用了光阑后置的准远心结构形式,主要光学参量为f′=14 mm;在物像距为250 mm约束条件下,物方视场达到90 mm（对角线）;F/number=3.56;光谱适应范围为400~800 nm,对应的空间分辨率为100 lp/mm时,调制传递函数大于0.29.     

Algorithm Analysis of Electromagnetic Wave Power Density Measurement for Millimeter-Wave Irradiators in Bioelectromagnetic Experiments

In experiments exploring effects of millimeter-wave (MMW) irradiation on biological materials where MMW irradiators are used, the electromagnetic wave (EMW) power density (PD) in the vicinity of the irradiators where the biological materials are placed is an important parameter to be considered so as to determine the irradiation dose. The paper provides a practical algorithm to measure the EMW PD in the vicinity of MMW irradiators with relatively high accuracy and precision. Besides theoretically analyzing and designing the measurement algorithm, a computer program aimed at facilitating the computation is provided after solving problems such as applying sampling theorem and Fast Fourier Transform (FFT). The algorithm and the program were fully tested when an experimental measurement of the EMW PD in the vicinity of a typical MMW irradiator was performed.     

Four-Objective Optimization for an Irreversible Porous Medium Cycle with Linear Variation in Working Fluid’s Specific Heat

Considering that the specific heat of the working fluid varies linearly with its temperature, this paper applies finite time thermodynamic theory and NSGA-II to conduct thermodynamic analysis and multi-objective optimization for irreversible porous medium cycle. The effects of working fluid’s variable-specific heat characteristics, heat transfer, friction and internal irreversibility losses on cycle power density and ecological function characteristics are analyzed. The relationship between power density and ecological function versus compression ratio or thermal efficiency are obtained. When operating in the circumstances of maximum power density, the thermal efficiency of the porous medium cycle engine is higher and its size is less than when operating in the circumstances of maximum power output, and it is also more efficient when operating in the circumstances of maximum ecological function. The four objectives of dimensionless power density, dimensionless power output, thermal efficiency and dimensionless ecological function are optimized simultaneously, and the Pareto front with a set of solutions is obtained. The best results are obtained in two-objective optimization, targeting power output and thermal efficiency, which indicates that the optimal results of the multi-objective are better than that of one-objective.