啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输空间调制特性

为避免啁啾脉冲堆积宽带激光的空间调制对光学元件的损坏,数值研究了其非线性传输过程中时域调制对光束空间调制产生与增长的影响。结果表明：光束未叠加空间调制时,若B积分在实际工作范围内,堆积子脉冲间干涉引入时间调制外,叠加与未叠加时间调制,正反常色散情况下光束空间上均不会产生调制,因而也没有调制增长,然而,当B积分进一步增加时,光束空间将产生调制,并能快速增长;当光束引入空间调制后,在反常色散情况下,与时间未额外叠加调制相比,时间额外叠加调制时空间调制增长速度明显加快,而在正常色散时,额外添加时间调制与不添加调制,空间调制增长的差别很小。     

啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输时域调制特性

为避免时域调制增长形成的高强度时间尖峰对光学元件的损坏,数值研究了啁啾堆积脉冲宽带激光非线性传输的时域调制增长规律。结果表明:对于正常色散介质,子脉冲间干涉引入的时间调制与外加调制随着传输距离的增加,不断振荡减弱;相反,对于反常色散介质,无外加时间噪声时,堆积子脉冲间的相互干涉引入的时间调制有微弱增长,但当传输距离进一步增加时,子脉冲间干涉引入的调制可以获得快速增长;而当外加非线性最快增长时间调制时,时间调制发生迅速增长,具有破坏威胁的时间尖峰易于形成。     

啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输时域调制特性

为避免时域调制增长形成的高强度时间尖峰对光学元件的损坏,数值研究了啁啾堆积脉冲宽带激光非线性传输的时域调制增长规律。结果表明:对于正常色散介质,子脉冲间干涉引入的时间调制与外加调制随着传输距离的增加,不断振荡减弱;相反,对于反常色散介质,无外加时间噪声时,堆积子脉冲间的相互干涉引入的时间调制有微弱增长,但当传输距离进一步增加时,子脉冲间干涉引入的调制可以获得快速增长;而当外加非线性最快增长时间调制时,时间调制发生迅速增长,具有破坏威胁的时间尖峰易于形成。     

激光通道传输热特性对远场光束质量的影响

 通过仿真计算分析了激光在光束控制系统通道内传输所产生的热效应及其对远场光束质量的影响。激光传播由近轴波方程描述，用快速傅里叶变换技术求解；激光热效应引起的流场密度变化采用完全Navier-Stokes方程计算。计算给出了不同波长、不同吸收系数条件下的远场光斑情况。计算结果表明，在典型的工作条件和状态下，较高能量激光在光束控制系统通道内产生的热效应影响不容忽视，它会明显降低远场目标处的能量集中度，增大光斑的发散。     

激光通道传输热特性对远场光束质量的影响

通过仿真计算分析了激光在光束控制系统通道内传输所产生的热效应及其对远场光束质量的影响。激光传播由近轴波方程描述,用快速傅里叶变换技术求解;激光热效应引起的流场密度变化采用完全Navier-Stokes方程计算。计算给出了不同波长、不同吸收系数条件下的远场光斑情况。计算结果表明,在典型的工作条件和状态下,较高能量激光在光束控制系统通道内产生的热效应影响不容忽视,它会明显降低远场目标处的能量集中度,增大光斑的发散。     

宽频带光束非线性热像效应的实验研究

实验研究宽频带脉冲光束通过非线性介质时的非线性热像的形成过程,揭示了光束入射功率和脉冲宽度、介质厚度等因素对热像光强和位置的影响. 结果表明,与单纵模激光束一样,在宽频带脉冲光束情形下,非线性介质上游元件的模糊斑调制也可导致在下游共轭位置形成热像. 热像光强随入射光束功率的增加而增加;若脉冲能量一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而减弱;若脉冲峰值功率一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而增强. 关键词： 高功率激光 热像 宽带光束 小尺度自聚焦     

飞秒脉冲激光1维强度调制的传输特性

实验研究了飞秒激光干涉条纹在CS2介质中传输的增长率与条纹间隔以及增长率与中心峰值强度的关系。结果发现,在非线性介质中传输的１维干涉调制特别是当其调制频率位于中心光强对应的最快增长频率附近时,随着传输距离的增加调制场迅速获得增长,将高斯光束分裂成多根峰值强度很高的带状细丝。相应的数值模拟与实验结果具有较好的一致性。     

飞秒脉冲激光1维强度调制的传输特性

实验研究了飞秒激光干涉条纹在CS2介质中传输的增长率与条纹间隔以及增长率与中心峰值强度的关系。结果发现,在非线性介质中传输的1维干涉调制特别是当其调制频率位于中心光强对应的最快增长频率附近时,随着传输距离的增加调制场迅速获得增长,将高斯光束分裂成多根峰值强度很高的带状细丝。相应的数值模拟与实验结果具有较好的一致性。     

调制光束全息干涉计量的研究

本文提出了干版运动对记录光束的调制作用及其对全息干涉计量的影响,推导了干版运动调制光束双曝光干涉图的光强分布的数学表达式.在对这种调制干涉条纹的理论研究基础上,提出了被测物体三维位移场的调制光束全息分析法.其中干版的运动用参考物体法确定.     

基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光研究

射频调制的脉冲激光是激光雷达探测领域内的一项重要研究内容.根据声光斩波器的强度和频率调制特性,设计了基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光.理论上,建立了基于频移反馈腔的激光外差相干理论模型,并进行了数值仿真.根据理论模型,实验上严格控制频移反馈腔的长度和声光斩波器触发信号的周期,在100 MHz的射频信号驱动下,产生了脉冲宽度110 ns、重复频率约20 kHz的具有最高700 MHz射频调制的脉冲激光(脉内调制激光);同时微调斩波周期可以实现脉冲前沿或后沿的多样性射频调制.通过改变反馈腔内光纤放大器的输出功率实现了射频调制深度的连续可调,最高达到了0.67.     

横向可分原子激光的传输

本文在含时量子系统传播子的ABCD形式理论的基础上．进一步讨论原子激光这种品质因子不守恒系统的传输。利用准连续的原子激光在传输过程中所满足薛定谔方程．并引入某一方向的束宽、发散角、曲率半径和品质因子等光束传输参量来表征横向势能满足x和y分量相互独立的原子激光的传输。如果某一方向上品质因子也守恒,就可以通过解析不同过程品质因子守恒的充要方程,找到原子激光在各过程中ABCD形式的传播子。本文讨论原子激光在从玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)中穿出过程。在磁化捕获器打开情况下的传输,以及在自由空间的传输这三个满足横向势能可分且各横向品质因子守恒条件的过程中ABCD形式的传播子。本文还将所运用的方法和所得结果与Yann等人的方法和结果进行了比较。     

激光束在大气中长距离传输聚焦特性的研究

研究了大气湍流与热晕对于几种不同波长激光束的的长距离传输聚焦特性的影响。光束质量与光束漂值的理论与实验值基本一致。     

无线激光通信系统弱光干扰技术

为了探求对无线激光通信最有效、最实用的干扰方式,针对目前应用范围最广泛的强度调制/直接检测无线激光通信系统,采用理论分析、仿真和实验相结合的方法详细地研究了无线激光通信系统的弱光干扰的原理和条件,验证了弱光干扰的可行性,发现其干扰现象主要表现为误码率升高。同时,研究了干扰光的不同重复频率、功率和占空比对采用不同通信体制、速率、发射功率等设计的无线激光通信系统产生的不同的干扰原理和现象。发现了同步通信与异步通信因其不同的时钟体制造成的弱光干扰差异,同步通信主要发生“比特干扰”和 “时钟恢复干扰”,异步通信系统主要发生“起始位干扰”和“数据位干扰”。由于异步通信中帧结构和编码都较为简单,与同步通信相比更易受到干扰光的影响,受到干扰的程度更为严重。     

卫星激光通信均匀信标光的研究

采用信标光是完成卫星激光通信捕获过程的一种重要手段,信标光的远场分布对捕捉概率和捕获时间有较大的影响。为满足通信系统的性能要求,对信标的远场分布提出一定的要求是必要的。首先从理论计算的角度,分析了远场高斯分布信标光对卫星激光通信捕获过程的影响,认为在存在光束抖动的情况下,均匀信标光在捕获阶段具有明显的优势。基于多激光器合束技术,利用半导体激光器设计了一个能实现远场均匀分布的信标光模块。给出了模块结构,分析了均匀信标光产生的机理,并从理论上推导了该模块的远场光强分布表达式。实验表明,所研制的均匀信标光模块可出射功率超过3.8 W,不均匀度小于11%的远场均匀信标光,通光效率为54%,从而证明了所设计的信标光模块的可行性。     

Intensity Moments of Hermite-Cosh-Gaussian Laser Beams

In this paper,attention is focused on the intensity moments of the Hermite-Cosh-Gaussian (HChG) laser beams from the zero-order to the fourth-order.The frequently used parameters such as the power in bucket (PIB),the beam width,the curvature radius,the far field divergence,the M2-factor,the Rayleigh length and the kurtosis are calculated in terms of the intensity moments.Figures show the influence of the mode index and the decentered parameter,which are the critical parameters of the HChG beams.Moreover,the center of the gravity of the radiation field and the symmetry are discussed along with the propagation axis.Finally,the power fraction within the beam width defined by the second moments is illustrated with numerical method.     

非稳腔氧碘激光器近场杂散光传输特性

氧碘高能激光近场存在较多的杂散光,这些光会严重影响光束传输和光束质量控制。通过对杂散光的产生机理、类型和传输规律的分析和模拟确定了不同类型杂散光的测量方法。利用两个能量计测量了30m通道自由传输时的传输效率,利用测试光阑获得了通道内杂散光角谱曲线和镜面散射光能量。实验表明30m通道自由传输时的能量损失约为5.2%,杂散光的角谱随着传输距离的增加逐渐增大,角谱也会随着光束质量的恶化显著增加。利用角谱曲线可以获得通道内任意位置处光阑上的热负荷,这为高能激光热管理技术奠定了坚实的基础。     

基于波长调制技术的激光器调制特性研究

在流场诊断技术中,可调谐半导体吸收光谱技术（TDLAS）成为主要的诊断技术之一,其可实现非接触、原位检测。波长调制（WMS）和直接吸收(DA)是两种最常用的TDLAS气体传感方法,在目标含量很低或者极端流场环境下,波长调制技术呈现出更多的优势,检测灵敏度与直接吸收相比可以提高1～2个数量级。在近红外波长调制技术应用领域,分布反馈式（DFB）半导体激光器成为流场诊断技术的光源选择之一,无论利用谐波信号（或者归一化谐波信号）的线型拟合,还是选择谐波信号的峰值来反演流场参数,吸收模型的准确建立均十分重要。在模型建立时,激光器频率-时间响应以及光强-时间响应的准确表示尤为重要。为解决吸收模型准确建立问题,提出了一种准确测量激光器调制参数的完整方法,通过实验测量了用于探测水汽吸收的1 392和1 469 nm激光器的调制特性,研究了分布反馈式激光器的调制参数随调制幅度,调制频率以及工作温度的变化。根据该方法得到的调制参数,建立吸收模型,测得常温下空气中水汽浓度为1.97%,直接吸收方法测得浓度为1.99%,验证了该测量方法的准确性。研究表明,调制深度随调制幅度的增加线性增加,随调制频率的增加非线性单调减小,随工作温度的升高线性增加;激光器的出光强度和频率同时被调制,强度变化超前频率变化的相位,随调制幅度的变化不明显,随调制频率的增加单调增加,随工作温度的升高单调减小;归一化一次谐波振幅和二次振幅均随调制幅度的增加而增加,随调制频率的增加而减小,随工作温度的变化不明显。在吸收光谱应用领域,波长调制技术发挥的作用愈加重要,调制系数与谐波信号的峰值息息相关,在波长调制技术应用时,选取适当的调制参数,有利于得到合适的谐波信号,可通过改变调制幅度、调制频率、工作温度得到最优调制系数。研究了近红外分布反馈式半导体激光器的调制特性,该方法同样适用于不同封装和不同波段激光器调制特性的研究,利于推广吸收光谱技术在各领域的应用。     

关于氦氖激光器声光调制锁模的实验研究

本实验中,将声光调制锁模器放置在氦氖激光器中的谐振腔里,控制谐振腔中的增益,使声波的频率调制与激光器固有频率间隔一致,从而达既可以到锁模的效果,又可以增加增益,减少能量损耗。通过功率计与示波器检测出激光脉宽、脉冲周、纵模间隔等物理量,与理论值进行比较,判断激光锁模实验的效果。本实验使用的氦氖激光器腔长大于1.55m,是双面全反射腔,可以利用激光锁模技术得到纵模进行比较,从而获得单色性好的超短脉冲激光。     

一类新平顶光束的束传播因子

基于迭加原理,引入了利用双曲余弦-高斯光束的相干迭加而得的新光束,结果表明这类迭加光场的场强分布在适当参数条件下可具有平顶结构,并且分析了这类迭加所得的平顶光束的束传播因子与束参数的关系。     

Comparative Study on Large and Small Signal Theory for Intensity Modulation Response of Semiconductor Lasers Including Higher-Order Dispersion Terms

In this article, the comparison of large signal theory and small signal theory has been done with dispersive propagation of optical signal with IMDD (Intensity Modulation Direct Detection) systems for semiconductor lasers with higher-order dispersion terms. The expressions for an exact large signal theory and small signal theory including higher-order dispersion terms for propagation of an optical wave with sinusoidal amplitude and frequency modulation in a dispersive fiber have been derived. It is observed that small signal theory is more sensitive compared to large signal theory in terms of intensity modulation/direct detection systems. Also, it is reported that for large signal analysis the higher-order effects of dispersion can be ignored, whereas for small signal theory, the higher-order effects can be ignored for lower modulation frequencies only. The variation in the transfer function for various values of modulation indices are greater for small signal analysis than for large signal analysis. Also, as the intensity modulation index is increased, there is a decrease in the value of transfer function. The large signal model approximates the small signal model for lower values of the intensity modulation index.