一种非稳腔调腔干涉条纹的建模与仿真

非稳腔的计算机辅助准直技术对于保证高能激光器运行参数的稳定性具有非常重要的作用.文章从理论上阐明了非稳腔调腔干涉条纹形成的物理机理,建立了正支共焦非稳腔内多光束干涉的物理模型,引入失调元件的增广矩阵来描述腔镜失调引起的椭圆高斯光束传输效应、高斯光束中心的偏移效应和附加的相位倾斜效应.使用高斯光束传输的ABCD矩阵计算了调腔光束在腔内多次往返后的高斯光束复参数,将多次往返的高斯光束进行相干叠加,获得了非稳腔不同失调角情况下的调腔干涉条纹图样,定量计算了不同失调角情况下调腔干涉条纹间距的偏移量,并与实验结果进行了对比分析.结果表明在实验误差允许的前提下,仿真得到的干涉条纹图样与实验获得的干涉条纹图样具有一致性,从而证实了理论模型的正确性.理论模型的成功建立使谐振腔的失调量与干涉条纹的形态变化精确对应起来,从而可以为非稳腔计算机辅助调节的闭环控制研究提供理论指导.     

半导体激光器温度效应对调频体制激光雷达的影响分析

半导体激光器的输出光功率受温度的影响较大,当工作在平衡温度时,其输出光功率受动态平衡温度调制,给调频体制激光雷达测量性能带来影响。分析了温度、阈值电流、斜率效率三者之间的关系,并通过构建的测量系统测量了50 mW半导体激光器的光功率输出特性,根据理论和实验结果分析了其对调频体制激光雷达的影响。     

实现小发散角矩形光束的LED光学系统设计

为了获得小发散角的矩形光束,首先设计了一种LED光学系统。该光学系统由一个透镜和一个反射器组成,可以用于船舶航行时的远距离可见光引导。其中,透镜完成横向光束的准直以及部分纵向光束的发散角压缩,反射器完成剩余纵向方向光束发散角的压缩。然后,对反射器的光线反射方式进行了改进,获得了更好的发散角压缩效果。仿真结果表明:该光学系统可以实现横向发散角为3°,且纵向发散角可以是不同小角度的矩形光束,当纵向发散角为10°时,出射光效达到82.8%。     

低阶像差校正的压电驱动变形镜测试与仿真优化

光纤激光器输出光束带有波前畸变,制约了光学系统的性能和工作效率。搭建实验系统分析了超连续谱光纤激光器系统输出光束的像差特性,不同波长的滤波片测试像差均以离焦为主。根据这一特点制备了3单元单层横向压电驱动变形镜样镜,并进行特性测试。变形镜影响函数有限元仿真和实测吻合度可达77%以上,一阶谐振频率12. 1 k Hz。以实际像差为对象进行闭环仿真,校正精度达到0. 77。另外,从校正精度及行程两个方面对变形镜进行了有限元优化仿真。结果 9单元变形镜(有效口径7. 5 mm)校正精度达到0. 9左右。镜片与压电片厚度比存在最优值约0. 3,行程可提升60%以上。     

主稀释剂He预热对燃烧驱动DF激光器输出性能的影响分析

针对燃烧驱动连续波DF激光器,对仅预热主稀释剂He的情况下激光器的输出性能进行了理论分析和仿真研究,并与燃料常温条件的结果进行了对比分析。对于燃料体系为(H_2+NF_3+He)+D_2和(C_2H_4+NF_3+He)+D_2的DF激光器,在燃烧室产生的F原子流量不变的条件下,当主He预热至(1100 K,1300 K)时,激光器比功率较常温条件下分别约提高了(21%,24%)和(46%,56%),同时燃烧室所需的燃料消耗分别约减少了(25. 5%,29%)和(32%,36%)。在工程应用方面,主He可成功预热至800℃(1100 K)。因此,主He预热是有效且可行的燃料预热方案,有利于改善激光器的输出性能,为激光器的高效率和紧凑化发展进程提供新的技术路线。     

两路相互注入锁定Nd:YAG激光器

通过锁定多模块输出激光相位实现激光功率扩展的相干合成技术是获得高能高光束质量光源的有效途径.本文分析了相互注入锁定相干合成的机理及其对激光器相干性的影响,利用偏振元件将两路独立的Nd:YAG激光器关联起来,解决了耦合过程中的损耗问题,实现了两路激光器的相互注入锁定,获得了总功率4.4W的部分相干激光输出,长曝光结果表明远场光斑峰值功率密度提高了1.4倍,对利用相干合成技术实现高能固体激光器技术进行了初步探索.     

ZnGeP2 OPO产生4.3 μm波段窄线宽激光实验研究

为了设计4. 3μm波段大功率窄线宽中红外激光器,开展了2. 7μm激光抽运ZnGeP_2晶体光参量振荡(Optical Parametric Oscillation,OPO)技术产生4. 3μm波段窄线宽激光实验研究,对实验结果开展了详细的分析。抽运源为1064 nm抽运的KTiOPO_4OPO激光器输出的2. 7μm波段参量激光,KTiOPO_4OPO采用单谐振结构,将两块相同的KTiOPO_4晶体光轴相向放置以补偿走离效应,KTiOPO_4晶体按Ф=0°、θ=62°切割以获得波长2. 7μm波段激光输出,采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以利用较大的非线性系数。ZnGeP_2OPO采用单谐振结构,采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以获得窄线宽输出,ZnGeP_2晶体按Ф=0°、θ=68°切割以获得波长4. 3μm波段激光输出。在抽运光波长2. 7μm,脉冲能量为7. 5 m J,脉宽8. 6 ns的条件下,获得脉冲能量2. 12 m J,线宽30 nm,脉宽8. 7 ns的4. 26μm激光输出,光-光转换效率约为28. 3%,斜效率约为32. 6%,水平和垂直方向的光束质量M~2分别为6. 2和13. 5。     

HYLTE与TRIP喷管在大功率氟化氘激光器中的应用对比分析

简述了燃烧驱动大功率连续波DF化学激光器的发展现状。比较了HYLTE与TRIP两种喷管的结构参数,总结了两种喷管的性能差异。采用数值模拟手段,参考相关试验数据,计算了典型增益分布对应的共焦非稳腔输出光束模式。从大功率DF激光器研制存在的光斑均匀性和腔镜负载两个难题的角度,结合喷管制造工艺要求,认为HYLTE喷管较TRIP喷管更适用于大功率DF激光器。     

闪灯泵浦国产Nd:YAG陶瓷调Q激光器

陶瓷激光器在高掺杂、大尺寸和复合结构设计等方面有着特殊的优势,具备实现高能、高光束质量激光器的潜力.研究了上海硅酸盐所提供的新型国产Nd:YAG陶瓷激光材料的激光输出性能,对比了陶瓷激光棒与单晶激光棒的储能特性,通过主动和被动调Q两种方法分别实现了闪灯泵浦陶瓷脉冲激光器,获得了重频1～20Hz可调,单脉冲百毫焦量级的输...     

中继镜系统作用效果与上行链路望远镜口径关系分析

建立了中继镜系统模型,计算了30km高度中继镜系统作用效果与上行链路望远镜口径的关系,结果显示:当望远镜口径低于0.42m时,系统作用效果随着望远镜口径增大而显著提升;在0.42～0.54m范围内,系统作用效果随着上行链路望远镜口径增大而显著降低;当望远镜口径大于0.54m时,系统作用效果随着上行链路望远镜口径的增加而增加,但增加的幅度逐步降低,当望远镜口径增加到一定大小后,系统作用效果趋向于稳定值,望远镜口径的增加对系统作用效果不具有提升作用.分析了系统作用效果在0.42～0.54m范围内出现突降的原因,计算结果显示:上行接收光束强度不均匀性导致二次光源光束质量的急剧下降,进而降低了系统作用效果.文章的计算结果为中继镜系统参数设置提供参考.     

间距和角度失调对零色散飞秒整形系统的影响

为了研究间距和角度失调对零色散飞秒整形时域特性的影响,理论上分析了系统的分辨率与各光学元件间距角度失调的关系,详细讨论了间距角度失调对系统效率和输出脉冲时间特性的影响.实验结果表明,透镜位置失调会导致脉冲展宽,且两个透镜位置失调对脉宽展宽的规律对称,光栅位置失调也会导致脉冲展宽.此外,器件角度失调对系统效率的影响大于位...     

光纤陀螺输入轴失准角的温度特性

光纤陀螺的输入轴失准角温度变化特性是光纤陀螺惯性系统正交校准所面临的主要难题。提出了一种有效地消除输入轴失准角测量误差的测试方法;对三只椭圆环结构的光纤陀螺进行了输入轴失准角温度特性研究。结果表明,三只椭圆环光纤陀螺的输入轴失准角分布比较集中;此外,椭圆环光纤陀螺的输入轴失准角随着温度变化呈非单调的曲线变化,高温过程的变化速度相对较快。该结论对光纤陀螺环制作工艺的改进提供了测试依据,并有助于惯性系统正交校准的温度补偿技术研究。     

在爆炸载荷作用下固支梁或筒形弯曲板的塑性动态断裂

本文运用刚塑性分析方法研究了在爆炸载荷作用下固支梁的全塑性动态断裂过程。在爆炸载荷作用下,固支梁将首先在固支端进入塑性变形,当固支端塑性铰转角达到其临界值,或固支端处初始裂纹尖端张开位移达到其临界值时(如果固支端有初始裂纹的话),固支端将产生开裂和裂纹扩展。本文解给出了在动态断裂过程中固支梁裂纹扩展长度、裂纹扩展速度以及梁的轴向约束力随时间变化的规律,并给出了不同载荷幅值下梁的启裂条件和止裂条件以及最终裂纹扩展长度和最大挠度。该分析解也适用于固支筒形弯曲板的断裂问题。     

基于体布拉格光栅的波束合成技术研究及实现

探讨实现激光波束合成的新方法,分析体布拉格光栅作为激光波束引导器的可行性,基于Kogelnik耦合波理论,着重讨论了影响体布拉格光栅衍射效率的波长选择性和角度选择性因素。实验上给出布拉格光栅的具体制作过程,利用透射式体布拉格光栅完成了2束不同波长的激光并束、2束同种波长的激光并束实验,验证了利用布拉格光栅进行并束的可行性。为了实际中应用的方便,提出在晶体内部利用90°配置设计特定角度的布拉格光栅,让激光垂直照射晶体表面,即可满足布拉格角度入射,改良并束光路,简化理论计算,提高并束效率。     

激光驾束制导信息场仿真系统设计

为满足激光驾束制导信息场检测和标校检测设备的需要,设计了激光驾束制导信息场仿真系统。采用在仿真制导导弹飞行曲线取样的方法,利用FPGA、激光器及其驱动电路产生仿真信息场。试验结果表明：仿真系统信号输出稳定、精度高,可以满足激光驾束制导信息场检测标校的要求。     

电磁轨道发射中内弹道动力响应特性分析

将轨道简化为移动载荷作用下固定在弹性支撑上的Bernoulli-Euler梁，通过静态电磁-结构耦合有限元模型求得外围封装的等效刚度，计算得到发射器的临界速度。另外，利用混合有限元/边界元法建立电磁-结构-运动多物理场耦合的动力学模型，求得枢轨动态接触压力和轨道的应力应变分布特性。通过在轨道背面布置光纤光栅应变传感器，利用测量数据验证了动力响应特性，并分析了弹丸在内弹道的稳定性。针对典型30 mm × 30 mm矩形口径发射器，分析及试验结果表明：C型电枢对轨道的电磁挤压力在平顶沿起始时刻达到最大值，之后随着时间推移逐渐减小；电枢通过引起的应力波在高速段容易与轨道中反射应力波发生共振，并且轨道在电枢运动的中间高速段区域受力最为集中，应力集中水平约是起始低速段区域的2.44倍；电枢运动高速段会出现晃动现象，进而引起上下轨道受力的不对称性。分析及试验结果对研究电磁轨道发射器内弹道动力响应特性和发射器结构设计具有重要指导意义。     

小口径炮激光模拟器光束传输特性的研究

本文采用多横模振荡模型,对小口径炮激光模拟器光束传输特性进行了分析,导出了射程及光斑大小与激光功率、探测器阈值辐照度、光学系统及大气衰减的关系。并根据现有条件用计算机进行了计算,给出了激光传输过程中光斑分布的理论曲线。在此基础上进行了实地测量,实验值与理论曲线基本吻合。本文对激光模拟器的研制和应用具有一定的参考价值。     

激光的大气传输问题研究

本文综合考虑了衍射效应、大气湍流、大气中分子和气溶胶粒子的吸收和散射以及非线性热畸变效应诸因素对激光大气传输的影响;分析了减小上述影响的方法,得到了激光波长、发射孔径、气候条件、发射角度等因素如何影响光束传输性能的有关结论。