基于遗传退火算法的光纤激光主动偏振控制技术研究

介绍了一种用于偏振控制的遗传退火算法(GASA),该算法在遗传算法(GA)的基础上,引入了模拟退火的选择机制,将蒙特卡罗思想引入到了GA中,使算法具有更加强大的搜索能力。通过建立基于GASA算法的光纤激光主动偏振控制系统的数学模型,得到了不同参量情况下的GASA算法的仿真图像,并且分析了其收敛效果。仿真结果表明,在选择输出激光的偏振消光比作为适应度函数,种群数量为90,变异概率为0.7,交叉概率为0.001,温度下降比率为0.99的情况下,系统可以达到最优的控制效果。将GASA算法和随机并行梯度下降算法的仿真图像进行对比,可以看出,GASA算法具有较好的全局搜索能力和跳出局部最优值的能力,可以将其用在光纤激光的主动偏振控制系统中。     

车载式1 064 nm 和532 nm双波长米散射激光雷达

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm 和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测。该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术。该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad ;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm。分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡。给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上。     

车载式激光雷达测量大气水平能见度

激光雷达作为一种新型的大气观测工具,可以通过直接探测激光与大气相互作用的光辐射信号来定量地反演大气水平能见度,更好地反映大气对传输于其中激光的衰减作用,从而成为测量大气水平能见度的主要手段。简单介绍了自行研制的国内首台车载式拉曼-米(Raman-Mie)散射激光雷达的结构和技术参数,并利用斜率法从激光雷达的采集数据中反演出大气水平能见度。通过实际观测并与美国Belfort能见度仪的对比试验,显示该激光雷达在探测大气水平能见度方面具有较高的可靠性和准确性,其测量误差小于20 %。     

基于回波信号仿真的瑞利-喇曼-米激光雷达研制

在分析瑞利、喇曼和米散射仿真回波信号的基础上,研制了一台探测大气温度、气溶胶和卷云的瑞利-喇曼-米散射激光雷达,实现了一台激光雷达针对大气温度、气溶胶和卷云光学特性的多参数探测。为提高瑞利和喇曼微弱回波信号信噪比,采用了极高灵敏度的R4632光电倍增管和光子计数技术;为实现对大气气溶胶和卷云的探测,532 nm回波信号采取高低分层技术、高层通道回波衰减方法和探测器门控技术。瑞利-喇曼-米散射激光雷达的探测结果证明了利用仿真回波信号指导激光雷达设计的可行性。     

大气消光特性与机载激光雷达眼睛安全关系的研究

依据美国ANSI标准，定量分析了气溶胶、卷云和沙尘的垂直消光特性对机载激光雷达激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响；以地基激光雷达探测得到的合肥上空沙尘暴为例，定量给出了大气中各成分消光特性对飞机眼睛安全最低高度的影响；模拟计算了各种大气成分的消光特性对激光脉冲眼睛安全系数的影响随高度的变化规律。计算结果表明：沙尘层对激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响幅度可达几十毫焦。该结果为我国第一台机载大气探测激光雷达激光脉冲能量设置提供了基本依据。     

高功率双包层光纤激光器温度场动态分析

基于动态热传导方程,对高功率双包层光纤激光器的热效应进行了数值模拟,研究了高功率双包层光纤激光器内部温度场的空间及时间特性.计算表明,对于芯径为15 μm的光纤,开启泵浦光后约20 s光纤温度达到稳定值,关闭泵浦光后约20 s光纤冷却到室温,如采用脉冲泵浦,温度分布将随时间变化,波动频率与泵浦频率相同,泵浦频率越高波动越小,越接近相同平均功率的连续泵浦.     

高温超导带材多场特性测试系统研制进展(Ⅰ)

高温超导带材具有高的临界电流密度,高磁场下优异的载流特性以及良好的成型性在强电领域如高场磁体、超导电缆等方面应用潜力巨大。在其应用过程中,不可避免的低温-大电流-强磁场环境将对超导材料的载流能力产生影响,而加工过程中的残余应力以及洛伦兹力的存在会显著的降低超导材料的临界电流,造成相应超导装置功能性难以达到设计要求、且成为重要的安全隐患。本文介绍一种新型的适用于超导带材的力-磁-电多场耦合测试系统,该系统目前采用浸泡式制冷,可实现的主要功能有:(1)超导材料临界电流密度测试;(2)拉伸应变对超导带材临界电流的影响研究;(3)磁场对超导带材临界电流的影响研究;(4)力磁耦合情形下超导材料临界电流的变化规律;(5)超导材料磁通稳定性测试。该设备的成功研制将为我国先进超导材料研发提供基础测试平台。     

基于双F-P干涉仪的多普勒测风激光雷达的性能分析

自行研制了一台基于双边缘技术的多普勒激光雷达,用于测量对流层大气风场。该雷达采用具有高光谱分辨率的双Fabry-Perot干涉仪来检测气溶胶后向散射的多普勒频移量。给出了多普勒测风激光雷达的结构和参数。利用干涉仪参数讨论了雷达系统的测量精度。实验测定了双干涉仪的频谱曲线。通过计算和分析,由测量的干涉仪频谱曲线的的标准偏差引起的系统测量误差为0.5 m/s。系统的测量误差随着测量的高度和所测速度的增加在增大,在高度10 km测量50 m/s的风速时系统的测量误差小于2 m/s。     

Development of all-solid coherent Doppler wind lidar

A 1 064-nm pulsed coherent Doppler lidar (CDL) prototype is developed to measure short range wind speed in the lower altitude troposphere layer. The CDL system adopts an injection-seeded Nd:YAG laser with the pulse duration of 80 ns, single pulse energy of 0.5 mJ, and pulse repetition rate of 200 Hz. Speed calibration experiments are implemented to obtain a speed accuracy of 0.3 m/s using a hard target. Data analysis results show that the CDL system can obtain a line-of-sight wind velocity at a range of 30 to 500 m with the range resolution of 40 m and 38 pulses accumulation.     

1/2波片对机载激光雷达偏振探测影响的研究

利用平面平行板模型和晶体膜层理论定量分析了1/2波片对机载激光雷达回波信号偏振探测的影响。计算结果表明:当入射光波长为532nm时,1/2石英波片对机载激光雷达回波信号平行分量与垂直分量透过率比值的影响幅度为0.82～1.196,1/2方解石波片对机载激光雷达回波信号的平行分量与垂直分量透过率比值的影响幅度为0.86～1.27;若用1/2石英波片测得的k=1.2,当考虑石英波片对五的影响时,则偏振探测两通道k的真实值应在1.003～1.463之间;若用1/2方解石波片测得的k=1.2,当考虑方解石波片对k的影响时,偏振探测两通道k的真实值应在0.945～1.395之间。由于1/2波片对k的影响,使机载激光雷达反演得到卷云等探测目标的退偏振比有较大的系统误差。