紫外散射通信实验系统及其性能分析

设计了一种基于紫外发光二极管(LED)的大气散射通信系统,利用非视线单次散射模型仿真分析了紫外光大气散射通信的接收光功率与通信距离之间的关系以及不同宽度的发送光脉冲在接收端的脉冲波形展宽.构建了紫外光散射通信实验系统,实现了语音和数据传输,并对系统的通信距离和收发仰角进行了实验研究.仿真分析与实验结果显示:日盲区紫外光在大气中散射传输时由于大气粒子的强烈散射与吸收,传输损耗较大,距离每增加10倍,接收功率下降20dB,因此日盲区紫外光大气散射通信适用于近距离通信场合;近距离传输时散射造成的光脉冲多径展宽为微秒量级,对中低速通信系统影响较小;单个紫外LED发光功率较低,可通过多个LED阵列来提高发射功率,增大通信距离.     

强激光受激转动喇曼散射的瞬态阈值理论计算

由半经典耦合方程出发,本文完整建立了均匀大气中准直激光传输时瞬态受激转动喇曼散射的阈值理论,讨论了激光脉冲波形、激光波长、气压等对瞬态阈值的影响。     

大气中飞秒激光等离子体丝上荧光特性的研究

本文通过研究超短强激光脉冲在空气中形成的等离子体丝上荧光的特性,提出了一种间接获得等离子体丝上光强分布的方法.实验研究表明,等离子体丝上荧光主要分布在290～430 nm的紫外区域,该区域内的线状谱来自于N2的第二正带分子谱线和N+2的第一负带离子谱线.同时等离子体丝上荧光强度与入射激光能量呈非线性增长关系,当入射激光能量低于11 mJ,荧光强度快速增强表明丝上光强增大,当激光能量进一步增大时,丝上的光强变化缓慢,此时成丝结构逐步由单丝向多丝演化.同时通过研究等离子体丝上光强随光脉冲传输距离的变化规律,进一步验证了等离子体成丝机制是基于光束自聚焦效应和等离子体散焦过程之间的动态平衡的正确性.     

降雨衰减对激光引信精确定距的影响

针对脉冲激光引信系统在降雨等复杂环境下定距性能下降的问题,根据激光在离散随机介质中的传输和散射理论,计算了降雨中的散射和衰减系数.建立激光脉冲在降雨中的蒙特卡罗法传输模型,并模拟降雨衰减对激光引信精确定距的影响.模拟结果表明,雨滴的散射和衰减作用,会使激光脉冲在传输过程中产生一定的衰减和延时.传输距离为500m时能量已衰减44％.降雨衰减系数越大,激光信号衰减及波形畸变越严重.脉冲宽度窄的发射信号,传输延时小,但能量衰减比较大.随着脉冲宽度的增加,传输延时增大,但能量衰减相对减小.     

里德堡钾原子在超高斯脉冲激光场中的量子跃迁

用含时多态展开方法,计算了超高斯脉冲激光场中里德堡钾原子两个Stark态21 s与19 f之间的量子跃迁情况.结果表明这两个Stark态之间的跃迁几率与超高斯激光场的初始振幅、脉冲形状参数m和脉冲半宽度有关;在m等于3和m等于4时,当激光场初始振幅和半宽度取合适值时,可以实现这两个Stark态之间布居数的较大跃迁,并实现终态囚禁.     

正色散掺铒光纤激光器耗散孤子共振脉冲特性研究

报道了一种工作在正色散区的耗散孤子共振脉冲锁模光纤激光器.详细研究了泵浦功率及偏振控制器状态对输出脉冲特性的影响.耗散孤子共振脉冲中心波长1 575nm,光谱宽度约6.66nm.当泵浦功率从220mW升高到554mW时,脉冲宽度从0.78ns增加到3.16ns,脉冲能量变化范围为3.5nJ至16.9nJ.泵浦功率409mW时,改变偏振控制器状态,脉冲宽度在1.6ns至3.2ns范围之间变化.实验中还研究了获得的耗散孤子共振纳秒矩形脉冲的啁啾特性,脉冲经过25m单模光纤传输,脉冲宽度无明显变化,脉冲为非线性啁啾.     

激光在大气中的传输特性研究

激光在大气中传输受到大气的吸收,大气中微粒的散射和折射的影响,使激光在传输过程中能量不断衰减。本文以激光测距设计的应用要求为出发点,从大气的组成入手,对激光在大气中传输的理论特性进行研究,并推导激光在大气中传输损耗的数学公式。针对以上几个因素的影响,本文在选择波长的基础上,用MATLAB软件对激光经过大气散射后的透射率进行模拟,并对模拟结果进行分析。通过数据计算和MATLAB软件的模拟证明,在传输距离相同的条件下,波长越长,分子的散射越弱;波长越短,其散射越明显。     

汽车发动机排气阀脉冲激光焊接实验研究

采用YAG激光作为焊接热源,对汽车发动机排气阀的激光焊接工艺进行了实验研究。实验结果表明：对焊面的打磨、抛光和紧密接触对防止焊缝中产生过多的气孔和提高焊缝的机械性能有重要作用;激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数是实现脉冲激光焊接的关键因素。经理论推导,确定了在脉冲激光最大平均输出功率300W、单脉冲能量60J、脉冲频率5Hz、焊接速度0.75mm/s的限定条件下,最佳工艺参数组合为脉冲宽度8ms和峰值功率7.5KW。与经传统摩擦焊所得焊缝质量相比,其抗剪切强度有明显提高。     

光纤激光器中高斯脉冲输出特性影响因素的探究

基于耦合非线性薛定谔方程,论文数值研究了高斯脉冲在被动锁模光纤激光器中的演化,入射脉冲有快、慢两个偏振分量,两偏振方向的分量在传输过程中可以进行耦合。给出高斯脉冲演化特性与小信号增益系数和相位延迟的关系。通过比较分析得到,可以通过适当改变小信号增益或相位延迟来控制稳定传输过程中的脉冲宽度、单脉冲能量、脉冲光谱和脉冲功率。通过数值模拟,最终稳定输出中心波长为1550nm的高斯脉冲。数值模拟结果为脉冲光纤激光器中获得更窄的脉冲宽度和更高的峰值功率脉冲提供了理论参考。     

光子晶体光纤反常色散区的频率转换实验研究

利用自制的高非线性光子晶体光纤进行了飞秒激光脉冲传输实验,研究了在不同功率、不同输入波长下高非线性光子晶体光纤的频率转换现象。当输入激光脉冲的中心波长位于光子晶体光纤反常色散区800nm处时,输出光谱向短波方向展宽,其产生的反斯托克斯波强度随输入功率增强逐渐增强;当输入激光脉冲的中心波长在反常色散区不同波长下时,光纤的频率转换效率不同,越接近零色散波长,转换效率越大,当输入脉冲中心波长为760nm时,产生的反斯托克斯波的中心波长为465nm,其强度是抽运波剩余强度的8.1倍,转换效率高达90%。     

双曲柱面-平面透镜的准直性能

根据光线传播的基本原理,通过计算和推导,用解析式表达并讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过双曲柱面-平面透镜后的准直特性、光强分布和半宽度。本文的讨论为正确认识和使用微双曲柱面-平面透镜,改善半导体激光快轴方向光束的发散,提高光束质量提供了理论依据。     

高功率激光系统中空间滤波器的程序编码

提出了建立大型激光装置的程序编码的初步方案及需要开展的计算机编码工作内容,并完成了空间滤波器系统的Ｆｏｕｒｉｅｒ编码模块,给出了计算图样 。     

振幅调制与位相畸变光束通过空间滤波-像传递系统的传输

针对有振幅调制和位相畸变的激光束通过空间滤波-像传递系统的传输进行了讨论,通过数值计算,分析了振幅调制和位相畸变大小对激光束传输的影响,并选取适当的滤波孔径来抑制传输光束的高频调制.     

超强脉冲激光在密度递增等离子体中自聚焦的PIC模拟

采用Epoch代码模拟研究了强度达到1022 Wcm~(-2)的激光脉冲,在密度递增等离子体中的自聚焦过程。模拟结果表明,在此过程中,脉冲先经历成丝过程,然后光丝快速汇聚,形成聚焦;在聚焦过程中,可产生超陡脉冲激光,脉冲峰值强度与初始脉冲峰值强度相比可提高近20倍,达到1023 Wcm~(-2)量级。     

激光质量测量的自适应衰减控制技术研究

针对激光光束质量测量的激光光强高精度控制问题, 提出一种自适应衰减调节激光光强度的方法。该方法基于单片机控制算法, 利用PC机反馈的光斑图像灰度差值计算得出激光光强需要衰减的倍数, 并通过衰减轮电机控制两组衰减片组合完成对激光光强度的自适应控制, 实现了成像系统闭环控制激光光斑强度, 从而快速、 准确地得到特定光强度的激光光斑图像。实验结果表明, 该方法与以往衰减控制相比,能准确地得到高精度灰度值激光光斑图像, 激光光束质量单次测量时间为5 s, 系统测量时间为3 min。     

激光谐振腔光场及远场分布的数值模拟系统

利用数值迭代法和有限元法,对激光圆形镜球面谐振腔的光场分布及远场光束进行数值求解。采用Matlab编写了具备图形化用户界面(GUI)的功能全面的激光谐振腔模拟系统,系统可以选择和设置谐振腔类型及谐振腔参数等。系统运行后给出谐振腔内光场达到稳定状态时的渡越次数、腔镜上光场振幅和相位分布以及远场光强分布的三维图像。对输出镜反射率均匀分布以及输出镜反射率沿径向逐渐降低的激光谐振腔模式及远场光强分布进行模拟并做了对比分析,结果表明,输出镜反射率变化的激光谐振腔模式形成较快,远场光强分布更集中。     

外延腔铜蒸气激光器用于飞秒光脉冲放大系统

实验研究了外延腔铜蒸气激光器（ＣＶＬ）的输出特性。利用延长腔长方法压缩ＣＶＬ脉冲宽度及光束发散角，得出脉宽及光束发散角随腔长变化规律。找出ＣＰＭ染料激光放大器的ＣＶＬ最佳运转状态。     

激光支持等离子体爆轰波流场研究

采用高速纹影摄影法记录激光支持等离子体爆轰波流场的演化,得到流场冲击波阵面形状和尺寸随时间变化规律。建立激光支持等离子体爆轰波流场演化的物理模型,采用计算流体力学方法模拟计算激光击穿空气后,激光作用时间内及激光作用结束后等离子体流场演化过程。结果表明,纹影摄影法能有效观测到激光支持等离子体爆轰波的传播情况。等离子体爆轰波在激光作用初期为椭球形,随着时间的增加逐渐转变为球形。计算的等离子体爆轰波流场密度分布图与实验结果基本吻合。     

激光在金属中激励超声脉冲的研充

报道了用Q开与YAG激光器在金属中激励超声脉冲,以及激光能量、材料表面状况和材料中人工缺陷对激光激励超声脉冲影响的研究结果,它对于研究激光与物质的相互作用以及将激光超声用于无损检测都是有益的。     

双曲正弦-高斯型超短脉冲光束及其传输特性

在傍轴近似条件下,给出了一组超短脉冲光束的解析解,称为双曲正弦-高斯型超短脉冲光束.对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究.结果表明双曲正弦-高斯型超短脉冲光束光强的横向分布在脉冲中部为双曲正弦-高斯型,而在脉冲头部和尾部则为高斯型,该脉冲光束的脉冲波形在传输中始终为双曲正弦-高斯型.该脉冲在轴上传输时有脉冲极性反转现象,在轴外有脉冲延迟现象.