共孔径偏振耦合分光系统中反射镜造成的相位延迟差的测量

 激光信标共孔径发射接收偏振分光系统的动态相位补偿需要测量望远镜各反射镜对s光和p光的相位延迟差。利用Stokes矢量和Mueller矩阵建立了物理模型,并推导出用测得的回光功率计算相位延迟差的解析式。提出一种通过实验测量回光功率计算反射镜相位延迟差的方法,解决了在0～2p范围内唯一确定反射镜相位延迟差的问题。实际测量了两块反射镜的相位延迟差,并将测量结果用于动态相位补偿偏振分光实验,验证了该方法的正确性。分析了偏振分光棱镜、法拉第旋光器以及近似计算这3个主要的测量误差源,并估计总测量误差约为1°。     

共孔径偏振耦合分光的旋转四分之一波片相位补偿技术

 在地平式折轴望远镜中开展自适应光学激光导星实验,研究了共孔径发射接收信标激光束偏振耦合分光效率随望远镜方位角和天顶角变化的补偿技术。提出了一种由四分之一波片和法拉第旋光器构成的相位补偿器,通过旋转四分之一波片以实时补偿由于望远镜旋转导致的光路相位延迟量的变化。数值计算表明,望远镜处于任意方位角和天顶角位置时,通过1°步长旋转四分之一波片,可使补偿后的偏振分光效率理论上达到99.90％以上。实验从原理上定性地验证了该方法的有效性。只要测量出镜面的相位延迟,便可计算得到望远镜处于不同方位角和天顶角情况下有效补偿所需的四分之一波片旋转角度,据此可建立实用的旋转波片偏振补偿装置。     

激光导星共孔径发射接收的偏振分光效率研究

在地平式折轴望远镜上开展自适应光学瑞利激光导星实验,研究了信标光束同孔径发射和接收偏振分光技术。基于镜面膜层复振幅反射特性,采用琼斯矩阵描述方法,建立了偏振分光物理模型,研究了共孔径发射和接收偏振耦合分光的效率问题,并与实验结果进行了比较。结果表明,由于镜面膜层对s光和p光的相位延迟差异,系统偏振分光效率随着望远镜的方位角旋转会发生周期性的变化,同时也受望远镜天顶角变化的影响。在研究光路反射镜相位延迟对往返分光效率影响规律的基础上,提出了提高地平式折轴望远镜激光导星共孔径发射和接收偏振分光效率,消除受望远镜方位角和天顶角变化影响的技术途径。     

基于CCD成像方法的激光束近场光强分布测试技术?

激光束近场光强分布是影响激光束特性的重要参数之一,为了使目前激光束近场光强分布的评价更加合理和科学化,对CCD直接测量法和漫反射屏测量法两种测量方法进行了研究,并分析了材料不同的漫反射屏对测量结果的影响。研究结果表明,漫反射屏材料的不同对测量结果有较大影响,并且漫反射屏测量法存在的散斑对测量结果影响也较大。两种测量方法比较表明CCD直接测量法测得结果更加客观,与真实值更加接近。     

高分辨力哈特曼传感器的快速波面重构和拼接

建立哈特曼传感器的模型,证明在高空间分辨力下,可以采用Hudgin模型进行波面重构,避免了采用Fried模型带来的复杂性。对哈特曼子孔径缺失破坏连续性的问题进行了分析,介绍了相应的边缘处理算法。完成了基于离散傅里叶变换的波面重构算法数值模拟,实现了波面的无损重构。针对实际应用中输入波面在被遮挡处不连续的问题,提出了基于最小二乘解的拼接方案,实现了非连续波面拼接。分析了影响波面重构速度的主要因素,提出了提高波面重构性能的方法。     

折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。     

差分吸收激光雷达测量NO2浓度的实验研究

介绍了差分吸收激光雷达测量大气中物质成份及浓度的测量原理,并利用差分吸收激光雷达测量了3.5 km内NO2的浓度分布,测量结果表明,使用双通道可调谐的Ti:Sapphire激光器的一组波长（448.2 nm和446.8 nm）可以获得比较精确的NO2的浓度随距离的分布。     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用,带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合,其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析,结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM03模的拉盖尔高斯光束;当3个二面角误差不相同时,模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

 分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用，带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合，其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析，结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM₀₃模的拉盖尔高斯光束；当3个二面角误差不相同时，模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

偏振分光系统中相位延迟的计算与补偿

地平式折轴望远镜结构紧凑、使用方便，被用于人造激光信标系统。它不仅能实现共孔径发射和接收信标激光，还能进行目标的捕获、跟踪和瞄准。共孔径偏振分光系统利用发射和接收激光偏振态的不同来实现分光，其分光光路如图l所示。在此系统中，望远镜方位角和俯仰角的变化将直接引起激光偏振态的变化，从而造成偏振分光效率的严重退化。故偏振分光系统中相位延迟的计算与补偿是亟待研究的问题。