掺镱光纤激光器自脉冲与自脉冲内的自锁模研究

采用单端连续抽运方式, 对自由运转的双包层掺镱光纤激光器的输出特性进行了详细的实验研究. 实验中不但观察到了自脉冲, 而且首次在自由运转的光纤激光器中观察到自锁模现象, 对它们产生的物理机理进行了相应的理论分析. 分析表明: 增益光纤的弱(未) 抽运部分对信号光的吸收导致光纤激光器内自脉冲的出现, 轴向模之间的拍频和自相位调制导致自锁模现象的出现, 而受激拉曼散射、 受激布里渊散射等非线性效应使它们进一步增强. 当抽运光功率略高于阈值时, 自脉冲宽度比较宽, 随抽运光功率增加自脉冲的脉宽变窄; 自脉冲包络面内的自锁模脉冲的宽度随抽运光功率增加也变窄, 进一步增加抽运光功率, 自脉冲和自脉冲包络面内的自锁模现象消失. 实验测得自锁模脉冲的间隔为224 ns, 最大(小) 自锁模脉冲的半高全宽约为35.0 ns (6.3 ns); 测得信号光的中心波长为1090 nm, 谱线半高全宽的最大(小) 值约为7.05 nm (2.01 nm).     

自适应滤波算法在微弱振动测量中的应用

将递归最小二乘自适应滤波算法应用于激光多普勒测振技术中,搭建了相应的微弱振动测量装置。模拟仿真与实验中,通过与设计的切比雪夫低通滤波算法对比,结果表明:该递归最小二乘自适应滤波算法能够有效抑制随机高斯白噪声,还原出原始信号;能够对简谐振动信号实现有效滤波,并且可以还原出淹没在噪声中的低频20 Hz信号;文中算法可以去除语音噪声,使声音更加纯净,增强语音信号,以此验证了该算法在外差振动测量中的可行性。该算法简单易用、收敛性强、速度快,尤其对于随机噪声的去除比普通的低通滤波器更加有效。     

利用特征向量法分析有源失调腔的2维模场

 利用一种用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法计算有源腔的2维失调,通过对谐振腔几何关系的求解,以及对增益进行薄层模型处理,最后利用特征向量法计算有源腔失调后的模式分布,发现失调造成了模式强度分布不均匀,并带来模式阶数的改变。计算了相应的光束质量因子,结果表明:在一定失调范围内,失调可能会带入新的模式竞争;谐振腔在一定范围的失调情况下,各阶模式的光束质量可能变好,也有可能变差,随着模式阶数的增加光束质量整体趋势是越来越差;原来简并的模式可能不再简并。该方法可以为计算失调后谐振腔的模场带来方便。     

电爆炸法制备Fe3O4纳米颗粒及其物相研究

搭建了电爆炸金属丝实验平台,在空气中电爆炸铁丝来制备纳米金属颗粒。利用电阻分压器与Rogowski线圈来测量电爆炸过程中铁丝上的负载电压与电流。将负载电压与电流之积进行时间积分来估算沉积在铁丝上的能量。使用光电探测器对电爆炸过程中产生的等离子体发光信号进行探测。对铁丝电爆炸后形成的产物使用高倍显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）进行观测,来研究其物相特性。实验结果表明:电爆炸过程中,当铁丝由液相变为气相时,其电阻急剧增加,因此电流几乎不能流过铁丝,同时铁丝上的负载电压会趋近于电容器的初始充电电压。随着能量的持续积累,等离子体在爆炸腔中形成。由于原本被阻断的电流能够从低电阻等离子体中流过,因此电压电流波形变为欠阻尼波形。电爆炸铁丝所得的产物为Fe3O4纳米颗粒,其中大部分呈规则的球形。Fe3O4纳米颗粒的粒径主要分布在30~60 nm之间,并且符合对数正态分布。     

飞秒脉冲在熔石英玻璃中超连续谱产生的研究

从非线性薛定谔方程出发,利用分步傅里叶方法,研究了时空耦合飞秒脉冲在熔石英玻璃中传输时,传输距离、入射激光脉冲峰值功率、衍射、色散和非线性等因素对超连续谱产生的影响。结果表明,飞秒脉冲在熔石英玻璃中传输时,超连续谱的产生主要分为两阶段：由材料的自聚焦等三阶非线性效应引起的脉冲压缩阶段及由自相位调制和材料群速度色散引起脉冲分裂阶段。当高峰值功率的飞秒脉冲在熔石英玻璃中传输时,材料的三阶非线性效应抑制衍射效应,引起脉冲压缩,从而产生子脉冲,由此引入新的频率成分。同时,还研究了同一脉冲不同横向空间位置处的超连续谱的变化规律,在中心频率两侧均有新频率产生。最后,通过实验证实了超连续谱的产生。     

激光外差振动谱提取分析的车辆标识技术

结合机械振动原理方程分析计算了不同结构参数下的3自由度的1/4汽车结构的振动响应理论曲线及振动频谱图;运用激光外差技术测量原理设计搭建了汽车振动信息实验测量方案;针对外形近似、发动机输出信息相同的情况,采用视频成像法对存在识别盲点的两车进行了振动信息采集实验。通过分析采集到的振动信号的时域、频谱曲线,成功地找到了甲乙两车频谱的标志特征点,很好地对两车进行了标志与区分,弥补了视频成像车型识别法的盲点,为基于激光检测汽车振动信号的车辆识别技术提供了理论和实验基础依据。     

基于自组装膜的光纤错位型氨气传感器

演示了一种基于单壁碳纳米管（SWCNTs）-聚合物自组装复合膜的光纤错位型氨气传感器。通过层层自组装技术在高Q谐振器上涂覆薄膜,薄膜上存在大量的游离羧基以及较大的比表面积,这提供了光与薄膜之间的强相互作用,以及对氨气的高吸附性和选择性。光谱随氨气浓度影响的有效折射率而变化。在(10～37) ×10⁻⁶的低浓度范围内,光谱变化与氨气浓度差之比即灵敏度为13.25 pm/10⁻⁶,检测极限为3.77 ×10⁻⁶并且具有良好的线性。这项工作研制为低浓度和高选择性氨气传感器提供了一种有效的方法。     

激光直接驱动聚变中光束排布的优化

为提高激光直接驱动聚变中球靶的辐照均匀性, 必须对光束的排布进行优化。 本文通过分析球谐模的几何因子, 提出了光束排布的优化规则。按照这个规则排布光束, 可在光束数有限的情况下获得较高的辐照均匀性。给出了满足此规则的一些典型光束排布实例。     

1064 nm激光对中性密度滤光片的损伤机理研究

中性密度滤光片的典型结构是在K9玻璃上镀金属膜,来实现对激光的有效吸收.由于损伤阈值较低,严重限制了其在高能激光系统中的应用.实验研究了较高激光能量密度下滤光片的损伤形貌和损伤机理.损伤形貌的变化特征是:随着激光能量密度的增加,滤光片先出现损伤点,后以损伤点为中心产生裂纹,且裂纹长度逐渐变长,最终连接成线状和块状,导致大面积的薄膜脱落.建立了缺陷吸收激光能量升温致中性密度滤光片表面薄膜损伤的模型,计算了薄膜表面的温度和应力分布,讨论了薄膜表面不均匀温升造成的径向、环向和轴向热应力分布.理论分析显示:环向应力是造成薄膜沿径向产生裂纹的主要原因.当激光能量密度大于约2.2 J/cm²,杂质粒子半径大于140 nm且相邻杂质粒子之间的距离小于10 μ m时,裂纹才能大量连接起来引起薄膜的大面积脱落.     

水力入口段对流体直接冷却片状激光器热效应的影响

流体直接冷却Nd:YAG片状激光器系统中,流体流经增益介质时存在水力入口段,使用Ansys仿真软件,讨论了不同水力入口段距离对流体热交换系数的影响,并在此基础上,将水力入口段距离进行分类,分析了水力入口段距离对热应力以及光束传输的影响;模拟了不同冷却液的冷却效果;研究了流体处于不同流动状态时,水力入口段距离与流体热交换系数的关系,以及水力入口段距离与增益介质温度分布的关系;得到了这种高功率激光器冷却系统中,最佳水力入口段距离的范围。结果表明：流体流经增益介质时,不同的水力入口段距离只是规律性地移动了流体的热交换系数曲线,因此,避开流体热交换系数曲线中变化较大的区域,即0～2.25 mm范围内的水力入口段距离,可实现介质内更小的温度梯度,同时降低热应力以及波前畸变,从而实现更好的冷却效果。