激光干涉引力波探测器——人类的宇宙助听器

爱因斯坦预言引力波100周年之际,人类首次直接探测到引力波信号。文章简单介绍了这次的主角——高新激光干涉引力波天文台(advanced LIGO)的光学与激光部分技术。激光干涉引力波探测器,本质上是一个迈克尔孙干涉仪。原初的迈克尔孙干涉仪也曾在否定以太理论、促使相对论创立的过程中起关键作用。而基于爱因斯坦受激发射理论发展起来的激光技术也在引力波探测中立下汗马功劳。出于协同测量与定位以及扩展引力波探测频段等方面的考虑,除LIGO之外,还有多个地面和空间激光干涉引力波探测器在建或在研。可以预计,当前只是引力波探测技术与引力波天文学发展的开端。     

高功率梯度掺杂增益光纤温度特性理论研究

在高功率光纤激光器中, 增益光纤的热效应是限制激光功率进一步提高的重要因素之一. 为了降低增益光纤的最高温度, 提出了一种通过改变增益光纤的掺杂浓度分布, 分散光纤激光的热效应, 从而提高激光输出功率的方法. 基于速率方程模型和热传导模型, 在光纤激光放大器输出功率大致相当的情况下, 对几种不同掺杂方式下增益光纤中的热分布和放大器的输出功率进行了数值模拟. 研究结果表明: 增益光纤的梯度掺杂可以优化光纤中的温度分布并提高光纤熔接点的稳定性; 同时兼具提高输出光束的光束质量、抑制光纤中非线性效应和模式不稳定的效果, 是提高光纤激光放大器输出功率切实可行的办法. 研究结果可以为高功率光纤激光器中增益光纤的设计提供一定的参考.     

高精度组合脉冲激光时序控制系统设计

在激光等离子体机理的研究中,为实现灵活的界面配置和多路脉冲激光器高精度的时序延时,设计了一种基于微控制器STM32和FPGA的多路时序延时控制系统。重点介绍了基于FPGA的多路ns级时序信号和基于ucGUI的触摸屏界面的设计。另外,采用高速光电隔离技术和高速FET开关电路技术,对驱动电路进行了设计,缩短了输出脉冲上升沿的时间,提高了系统延时精度、驱动能力和抗干扰性能。测试结果表明,该设计每路延时可调,调节范围为5 ns~10 ms,最小可调步进为5 ns,延时误差小于1 ns。     

Spectroscopic studies of sodium nitrate plasma produced by nanosecond laser ablation

We present the optical emission characteristics of the sodium plasma produced at the surface of sodium nitrate (NaNO₃) also known as Chile saltpeter. We used a Q-switched Nd:YAG (Quantel Brilliant) pulsed laser having a pulse duration of 5?ns and 10?Hz repetition rate which is capable of delivering 400?mJ at 1064?nm and 200?mJ at 532?nm. The target material was placed in front of laser beam in air (atmospheric pressure). The experimentally observed line profiles of neutral sodium have been used to extract the electron temperature using the Boltzmann plot method, whereas the electron number density has been determined from the Stark broadening. The electron temperature is calculated by varying the distance from the target surface along the line of propagation of the plasma plume and also by varying the laser irradiance. Besides, we have studied the variation of number density as a function of laser irradiance as well as its variation with the distance from the target surface. It is observed that electron temperature and electron number density increase as the laser irradiance is increased.     

Compton散射下横等离激元与对等离子体作用特性

应用多光子非线性Compton散射模型、横等离激元色散方程和Karpman方法,研究了Compton散射对横等离激元与对等离子体作用特性的影响,提出了将入射超强激光和Compton散射作为横等离激元与对离子等离子体非线性作用新机制,给出了横等离激元非线性控制方程、等离激元数和能量公式。结果表明:与散射前相比,Compton散射使等离子体密度发生剧烈扰动,高频横等离激元与低密度扰动耦合非线性增强,导致横等离激元落入低密度区的几率增大。等离子体非线性频移和高密度区能量增加,低密度区能量减小,导致横等离激元电场包络迅速坍塌,等离激元数增加,场强度更强。     

基于非线性偏振旋转效应的多波长掺铥锁模光纤激光器

运用非线性偏振旋转效应实现了一种掺铥锁模多波长光纤激光器.采用环形腔结构,以1 565nm半导体光源为泵浦源,3m长掺铥光纤为增益介质.利用非线性偏振旋转效应进行滤波.当泵浦功率在800mW时,通过调节光纤偏振控制器,激光器出现了被动锁模状态的脉冲输出,脉冲重复频率为3.178MHz,脉冲宽度为617ps.进一步增加泵浦功率,激光器进入多波长输出的工作状态.调节偏振控制器在室温下得到1~5个稳定的波长激光输出,边摸抑制比为40~60dB.     

Switchable dual-wavelength Erbium-doped fiber ring laser with cascaded fiber Bragg gratings

We have experimentally shown wavelength mode switching in a dual-wavelength Erbium-doped single cavity fiber laser where the initial two wavelengths of 1 nm spacing are determined by the cascaded reflection type short-period fiber Bragg gratings having two different centre wavelengths of 1550.5 and 1551.5 nm. The lasing mode depends on the polarization in the ring cavity to migrate from one wavelength to another or operates in both modes in a polarization beam splitter output. To effectively control the polarization in the ring cavity, the polarization controllers were positioned before and after the polarization beam splitter. This method of wavelength switching provides a simple way of mode tuning in dual-wavelength fiber lasers.     

熔石英亚表面横向划痕调制作用的3维模拟

建立了熔石英后表面3维横向划痕模型,并采用3维时域有限差分方法对熔石英亚表面划痕周围的电场强度进行了数值模拟,分析了划痕宽度、深度、长度以及划痕倾斜角度对入射光场的调制作用,结果表明：随划痕深度和划痕长度的增加,熔石英内的最大电场强度增大,且当划痕长度达到1 μm以上时,最大电场强度趋于稳定;划痕结构因子在1～2之间的划痕较容易引起熔石英损伤;而入射激光在划痕界面和后表面之间发生内全反射时,后表面上的光强增强效果更加明显,因此减少角度范围在20.9°～45°之内的划痕能大幅提高熔石英的损伤阈值。     

激光雷达地面目标姿态估计

激光雷达距离像能表征目标的几何结构,而同一目标不同姿态的距离图像差别较大,因此目标姿态的准确估计对目标识别尤为重要。Ulf Grenander的模式理论利用变形模板表示观测图像,目标姿态变化引起刚性模板的变形用特殊正交群矩阵表示,在贝叶斯估计框架下,用跳扩散过程从后验密度中取样,以希尔伯特-施密特范数作为误差特性,对目标姿态进行估计,并分析误差性能。针对激光雷达距离像基于地面目标进行研究,利用Grenander的模式理论,在不同载噪比情况下对车辆姿态进行估计。通过对姿态估计误差的分析,表明该算法能够较准确地估计目标的姿态。     

酸蚀与紫外激光预处理结合提高熔石英损伤阈值

采用HF酸刻蚀和紫外激光预处理相结合的方式提升熔石英元件的负载能力,用质量分数为1%的HF缓冲溶液对熔石英刻蚀1~100 min,综合透过率、粗糙度和损伤阈值测试结果,发现刻蚀时间为10 min的熔石英抗损伤能力最佳。采用355 nm紫外激光对HF酸刻蚀10 min的熔石英进行预处理,结果表明：紫外预处理能量密度在熔石英零损伤阈值的60%以下时,激光损伤阈值单调递增;能量到达80%时,阈值反而低于原始样片的损伤阈值。适当地控制酸蚀时间和紫外激光预处理参数能有效提高熔石英的抗损伤能力。