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RSS2007年 31卷 第2期
2007, 31(2): 113-116,140.
[摘要]
[PDF 804KB]
摘要:
不同功率密度的高功率激光与材料相互作用时将发生激光支持燃烧波或激光支持爆轰波的现象。为了获得激光支持爆轰波的点燃阈值,采用了波长为1064nm的激光作用在铝靶表面,产生的等离子体声波的峰值声压与作用激光功率密度间存在跃变阶段,并进行了理论分析和实验验证,取得了激光支持爆轰波的点燃阈值,与采用其它方法得到的结果基本吻合。实验结果对了解激光与物质相互作用机理和过程是有帮助的。
不同功率密度的高功率激光与材料相互作用时将发生激光支持燃烧波或激光支持爆轰波的现象。为了获得激光支持爆轰波的点燃阈值,采用了波长为1064nm的激光作用在铝靶表面,产生的等离子体声波的峰值声压与作用激光功率密度间存在跃变阶段,并进行了理论分析和实验验证,取得了激光支持爆轰波的点燃阈值,与采用其它方法得到的结果基本吻合。实验结果对了解激光与物质相互作用机理和过程是有帮助的。
2007, 31(2): 117-119,146.
摘要:
为了研究激光雷达中微多普勒效应的探测及其雷达回波信号中反应目标特征的微多普勒信息的提取问题,建立了激光雷达微多普勒效应的物理模型,对应用激光雷达探测由目标振动引起的微多普勒效应进行了仿真,并对仿真信号进行了分析,由于信号的时变性,引入了时-频域联合分析的方法。采用了短时傅里叶变换方法对仿真信号进行了时频分析,得到了能够较好地反映目标特征的微多普勒图像。结果表明,激光雷达适合于低振幅微多普勒效应的探测,应用时频分析方法能够有效地从雷达回波信号中提取出目标的微多普勒特征。
为了研究激光雷达中微多普勒效应的探测及其雷达回波信号中反应目标特征的微多普勒信息的提取问题,建立了激光雷达微多普勒效应的物理模型,对应用激光雷达探测由目标振动引起的微多普勒效应进行了仿真,并对仿真信号进行了分析,由于信号的时变性,引入了时-频域联合分析的方法。采用了短时傅里叶变换方法对仿真信号进行了时频分析,得到了能够较好地反映目标特征的微多普勒图像。结果表明,激光雷达适合于低振幅微多普勒效应的探测,应用时频分析方法能够有效地从雷达回波信号中提取出目标的微多普勒特征。
2007, 31(2): 131-133,136.
摘要:
薄膜激光损伤的准确识别在测量激光损伤阈值的实验中起着至关重要的作用,ISO1125标准规定应采用显微镜观察的方法来识别薄膜损伤。为做到在线自动识别损伤,采用数字图像处理的方法,将小波变换与图像相关识别技术结合在一起,分析了如何利用小波变换来实现薄膜激光损伤识别的理论方法。结果表明,这种识别方法不仅有较高的识别精度,而且可以避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作,对实现激光损伤阈值测试装置的自动化有着非常重要的意义。
薄膜激光损伤的准确识别在测量激光损伤阈值的实验中起着至关重要的作用,ISO1125标准规定应采用显微镜观察的方法来识别薄膜损伤。为做到在线自动识别损伤,采用数字图像处理的方法,将小波变换与图像相关识别技术结合在一起,分析了如何利用小波变换来实现薄膜激光损伤识别的理论方法。结果表明,这种识别方法不仅有较高的识别精度,而且可以避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作,对实现激光损伤阈值测试装置的自动化有着非常重要的意义。
2007, 31(2): 134-136.
摘要:
为了提高利用激光冲击波改进材料性能的技术,采用响应快、测量范围大的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和示波器对激光诱发的冲击波进行了研究。通过测量无约束层和有约束层时的压电波形,得出相应的激光冲击波波形并进行比较。结果表明,有约束层时激光冲击波的脉宽是激光脉冲宽度的3倍左右,峰值压力较无约束层时明显提高。激光冲击波在不锈钢材料中的平均传播速度为5.72×103m/s,与声波纵波的传播速度一致。
为了提高利用激光冲击波改进材料性能的技术,采用响应快、测量范围大的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和示波器对激光诱发的冲击波进行了研究。通过测量无约束层和有约束层时的压电波形,得出相应的激光冲击波波形并进行比较。结果表明,有约束层时激光冲击波的脉宽是激光脉冲宽度的3倍左右,峰值压力较无约束层时明显提高。激光冲击波在不锈钢材料中的平均传播速度为5.72×103m/s,与声波纵波的传播速度一致。
2007, 31(2): 156-159.
摘要:
针对球形细胞模型理论与双凹圆盘状的红细胞在实际光散射法检测中的差异,根据细胞的类别特征,提出以扁椭球模型来模拟红细胞,以Rayleigh-Debye-Gans近似理论为基础,引入扁椭球的体极化率,得到了扁椭球模型的散射光公式,并进行数值模拟,研究其光散射特性。结果表明,扁椭球模型更精确地反映了红细胞光散射的真实情况,同时其前向、侧向及后向光散射精细谱的呈现,可以较容易地辨别病理状态的红细胞,能够较好地提高医学检验及诊断的精度,并可以应用于对红细胞的变形性研究。
针对球形细胞模型理论与双凹圆盘状的红细胞在实际光散射法检测中的差异,根据细胞的类别特征,提出以扁椭球模型来模拟红细胞,以Rayleigh-Debye-Gans近似理论为基础,引入扁椭球的体极化率,得到了扁椭球模型的散射光公式,并进行数值模拟,研究其光散射特性。结果表明,扁椭球模型更精确地反映了红细胞光散射的真实情况,同时其前向、侧向及后向光散射精细谱的呈现,可以较容易地辨别病理状态的红细胞,能够较好地提高医学检验及诊断的精度,并可以应用于对红细胞的变形性研究。
2007, 31(2): 163-165,174.
摘要:
为了了解激光功率和扫描速度变化对淬火层深和表面硬度影响的敏感性,从实验和理论模拟两方面开展了相关研究。在满足激光输入能量相等的条件下,采用按相同倍率提高激光功率或降低扫描速度的方法,研究淬火层深和表面硬度的相应变化。研究结果表明,按相同倍率改变激光功率或扫描速度均会对层深产生明显影响,而激光功率变化的影响更大;但仅改变激光功率或扫描速度不会对表面硬度产生很大影响,相对而言,扫描速度变化对表面硬度的影响略大一些。进一步通过对激光扫描温度场及加热、冷却速度的理论模拟,对上述研究结果做出了合理的理论解释。
为了了解激光功率和扫描速度变化对淬火层深和表面硬度影响的敏感性,从实验和理论模拟两方面开展了相关研究。在满足激光输入能量相等的条件下,采用按相同倍率提高激光功率或降低扫描速度的方法,研究淬火层深和表面硬度的相应变化。研究结果表明,按相同倍率改变激光功率或扫描速度均会对层深产生明显影响,而激光功率变化的影响更大;但仅改变激光功率或扫描速度不会对表面硬度产生很大影响,相对而言,扫描速度变化对表面硬度的影响略大一些。进一步通过对激光扫描温度场及加热、冷却速度的理论模拟,对上述研究结果做出了合理的理论解释。
2007, 31(2): 169-171.
摘要:
为了对大气传播延迟误差进行修正,达到精确测量的目的,推导了天顶延迟的理论计算公式;在大仰角情况下提出了一种简化的映射函数,并把它与连分式映射函数进行了比较。以地球科学激光测高系统在南极的观测数据为依据,分析得到该系统的平均大气延迟量为2.35m,修正误差控制在12mm以内。结果表明,在大仰角情况下,两者对总延迟的影响差异不超过0.1mm。总的延迟量可以通过天顶延迟和映射函数计算得出。
为了对大气传播延迟误差进行修正,达到精确测量的目的,推导了天顶延迟的理论计算公式;在大仰角情况下提出了一种简化的映射函数,并把它与连分式映射函数进行了比较。以地球科学激光测高系统在南极的观测数据为依据,分析得到该系统的平均大气延迟量为2.35m,修正误差控制在12mm以内。结果表明,在大仰角情况下,两者对总延迟的影响差异不超过0.1mm。总的延迟量可以通过天顶延迟和映射函数计算得出。
2007, 31(2): 172-174.
摘要:
为了测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)光学共振腔的选频特性进行多普勒频移绝对量的检测来连续测量飞片运动速度的方法,建立了一套基于此方法的测量装置,并利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片装置对所研制的F-P干涉测速仪进行了原理性实验验证。利用所研制的F-P干涉测速仪测量了飞片速度在60ns的时间内由静止加速到大于3km/s的速度的全过程,测量数据的不确定度小于5%。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点,在爆轰物理与冲击波物理实验研究中具有较好的应用前景。
为了测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)光学共振腔的选频特性进行多普勒频移绝对量的检测来连续测量飞片运动速度的方法,建立了一套基于此方法的测量装置,并利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片装置对所研制的F-P干涉测速仪进行了原理性实验验证。利用所研制的F-P干涉测速仪测量了飞片速度在60ns的时间内由静止加速到大于3km/s的速度的全过程,测量数据的不确定度小于5%。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点,在爆轰物理与冲击波物理实验研究中具有较好的应用前景。
2007, 31(2): 182-184.
摘要:
为了研究强激光在大气传输过程中产生的热晕效应,采用数值模拟的方法,对无风时稳态热晕效应的影响参数进行了求解,探讨了无风稳态热晕效应对轴上光强以及远场能量分布的影响。结果表明,无风稳态热晕效应存在时,随发射功率的增大,一定传输距离截面上的峰值功率密度先增大后减小;截面上的峰值光强随基模高斯光束的腰斑半径的增大而增大;随着传输距离的增大,截面上峰值光强在逐渐减小,能量在逐渐向周围扩展;在一定条件下,截面上的光强分布会呈现中心光强小于周围光强的“草帽型”分布。该结论对研究强激光在远场的辐照效应是有帮助的。
为了研究强激光在大气传输过程中产生的热晕效应,采用数值模拟的方法,对无风时稳态热晕效应的影响参数进行了求解,探讨了无风稳态热晕效应对轴上光强以及远场能量分布的影响。结果表明,无风稳态热晕效应存在时,随发射功率的增大,一定传输距离截面上的峰值功率密度先增大后减小;截面上的峰值光强随基模高斯光束的腰斑半径的增大而增大;随着传输距离的增大,截面上峰值光强在逐渐减小,能量在逐渐向周围扩展;在一定条件下,截面上的光强分布会呈现中心光强小于周围光强的“草帽型”分布。该结论对研究强激光在远场的辐照效应是有帮助的。
2007, 31(2): 185-187,191.
摘要:
为了利用激光雷达对空间碎片进行探测,根据空间环境和空间碎片的特性,给出了空间中的激光雷达作用距离的具体表现形式,并详细分析了空间的背景辐射并给出了处理后的结果,从而推导出最小可探测光功率的计算公式,进而给出了系统所需最小发射光功率和探测系统的信噪比。结果表明,利用激光雷达可以对几十千米范围内的较大空间碎片进行探测。
为了利用激光雷达对空间碎片进行探测,根据空间环境和空间碎片的特性,给出了空间中的激光雷达作用距离的具体表现形式,并详细分析了空间的背景辐射并给出了处理后的结果,从而推导出最小可探测光功率的计算公式,进而给出了系统所需最小发射光功率和探测系统的信噪比。结果表明,利用激光雷达可以对几十千米范围内的较大空间碎片进行探测。
2007, 31(2): 200-202.
摘要:
为了改进乃至革新大气能见度的探测技术,探索新型、快速、准确测量大气能见度的方法,采用自行研制的能见度微脉冲激光雷达,进行了水平大气能见度测量实验,并同已经商品化的能见度仪NQ-1进行了同步对比测量。实验结果表明,在水平能见度较差时,微脉冲激光雷达和能见度仪具有很高的相关性,相关系数达到了0.88;在水平能见度较好的时候,相关系数保持在0.73以上。说明能见度微脉冲激光雷达系统可以应用于大气能见度的探测。
为了改进乃至革新大气能见度的探测技术,探索新型、快速、准确测量大气能见度的方法,采用自行研制的能见度微脉冲激光雷达,进行了水平大气能见度测量实验,并同已经商品化的能见度仪NQ-1进行了同步对比测量。实验结果表明,在水平能见度较差时,微脉冲激光雷达和能见度仪具有很高的相关性,相关系数达到了0.88;在水平能见度较好的时候,相关系数保持在0.73以上。说明能见度微脉冲激光雷达系统可以应用于大气能见度的探测。
2007, 31(2): 206-208.
摘要:
为了突破长焦物镜传统设计中的局限性,从衍射面的相位多项式出发,结合一般透镜的相位变换式,对折衍混合消像差理论进行了探讨。给出了仅使用1种材料FK1、2片型的长焦物镜系统设计结构,并将此设计结果与传统的5片型、5种材料的纯折射长焦物镜的光学性能进行了比较。结果表明,利用折衍混合能有效地校正长焦物镜的像差,极大地降低系统的重量和复杂程度,不失为长焦物镜设计的一条有效途径。
为了突破长焦物镜传统设计中的局限性,从衍射面的相位多项式出发,结合一般透镜的相位变换式,对折衍混合消像差理论进行了探讨。给出了仅使用1种材料FK1、2片型的长焦物镜系统设计结构,并将此设计结果与传统的5片型、5种材料的纯折射长焦物镜的光学性能进行了比较。结果表明,利用折衍混合能有效地校正长焦物镜的像差,极大地降低系统的重量和复杂程度,不失为长焦物镜设计的一条有效途径。
2007, 31(2): 217-219.
摘要:
为了满足引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度可调、频率可调、功率可调的需要,根据LD驱动电路的工作原理,建立LD驱动电路的一般模型,并进行了仿真分析。采用电子多频振荡器来提供驱动信号,用双MOS驱动器来驱动半导体激光器,通过大量的实验、仿真、分析、比较,设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路。结果表明,该驱动电路完全能满足激光近炸引信对脉宽、频率和功率的需要。
为了满足引信用脉冲式半导体激光器驱动电路的脉冲宽度可调、频率可调、功率可调的需要,根据LD驱动电路的工作原理,建立LD驱动电路的一般模型,并进行了仿真分析。采用电子多频振荡器来提供驱动信号,用双MOS驱动器来驱动半导体激光器,通过大量的实验、仿真、分析、比较,设计出了方便可调的大功率LD的驱动电路。结果表明,该驱动电路完全能满足激光近炸引信对脉宽、频率和功率的需要。
2007, 31(2): 120-122.
摘要:
为了获得1.5μm波段可调谐红外光输出,采用短脉冲电场极化法,在1mm厚的掺镁(摩尔分数为0.05)铌酸锂晶体上成功制备了周期为29μm的极化光栅。利用声光调QNd:YVO4固体激光器直接抽运PPMgLN晶体,开展了OPG光学转换研究工作。在输入3W的抽运光时,得到信号光输出功率为44mW,转换效率1.5%。并通过调谐晶体温度(45℃~160℃),获得了调谐范围1.4538μm~1.4750μm的信号光输出。实现了可调谐红外光的输出,验证了晶体周期结构的均匀性。
为了获得1.5μm波段可调谐红外光输出,采用短脉冲电场极化法,在1mm厚的掺镁(摩尔分数为0.05)铌酸锂晶体上成功制备了周期为29μm的极化光栅。利用声光调QNd:YVO4固体激光器直接抽运PPMgLN晶体,开展了OPG光学转换研究工作。在输入3W的抽运光时,得到信号光输出功率为44mW,转换效率1.5%。并通过调谐晶体温度(45℃~160℃),获得了调谐范围1.4538μm~1.4750μm的信号光输出。实现了可调谐红外光的输出,验证了晶体周期结构的均匀性。
2007, 31(2): 137-140.
摘要:
为了研究垂直腔半导体光放大器(vertical cavity semiconductor optical amplifiers,VCSOA)中抽运光功率、分布布喇格反射镜(distributed Bragger reflector,DBR)周期数以及输入信号强度对其带宽特性的影响,采用传输矩阵法进行了数值模拟。计算模型中考虑了载流子和光强沿纵向的分布,以及腔内介质折射率的不均匀性对光波传输的影响。得到的结果与文献中的结论符合较好。结果表明,提高VCSOAs的抽运水平可以增大其峰值增益,同时会缩小其增益带宽;减小DBR周期数可以获得更大的增益带宽积。另外,输入光信号强度对VCSOA带宽的大小也有较大的影响。
为了研究垂直腔半导体光放大器(vertical cavity semiconductor optical amplifiers,VCSOA)中抽运光功率、分布布喇格反射镜(distributed Bragger reflector,DBR)周期数以及输入信号强度对其带宽特性的影响,采用传输矩阵法进行了数值模拟。计算模型中考虑了载流子和光强沿纵向的分布,以及腔内介质折射率的不均匀性对光波传输的影响。得到的结果与文献中的结论符合较好。结果表明,提高VCSOAs的抽运水平可以增大其峰值增益,同时会缩小其增益带宽;减小DBR周期数可以获得更大的增益带宽积。另外,输入光信号强度对VCSOA带宽的大小也有较大的影响。
2007, 31(2): 144-146.
摘要:
为了实现高功率全固态激光器的高输出光束质量,使用1mm直径Nd:YAG激光棒和单一二极管激光模块侧面抽运的简单激光腔设计来实现功率高于10W、光束质量接近衍射极限的TEM00模输出。通过使用小口径激光棒抑制高阶横模振荡、曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜的曲率半径、负透镜的焦距以及激光腔腔长等结构参数使激光器输出功率和光束圆率同时达到最大,实现了平均功率10.8W、脉冲宽度15ns、光斑圆率98.8%±0.8%、M2值为1.1的近衍射极限光束输出。结果表明,通过使用小口径激光棒提高激光器输出光束质量工程上可行。
为了实现高功率全固态激光器的高输出光束质量,使用1mm直径Nd:YAG激光棒和单一二极管激光模块侧面抽运的简单激光腔设计来实现功率高于10W、光束质量接近衍射极限的TEM00模输出。通过使用小口径激光棒抑制高阶横模振荡、曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜的曲率半径、负透镜的焦距以及激光腔腔长等结构参数使激光器输出功率和光束圆率同时达到最大,实现了平均功率10.8W、脉冲宽度15ns、光斑圆率98.8%±0.8%、M2值为1.1的近衍射极限光束输出。结果表明,通过使用小口径激光棒提高激光器输出光束质量工程上可行。
2007, 31(2): 150-152,178.
摘要:
为了对多点抽运的高功率双包层光纤激光器进行深入的理论分析,从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程和边界条件出发,对多点抽运的双包层光纤激光器的数值分析方法进行了研究。通过坐标比例变换和抽运光与激光的连续性边界条件变换,将多点抽运的高功率双包层光纤激光器的数值分析模型转化为两点边值问题,然后利用两点边值问题的数值分析方法有效地进行求解,得到了抽运光和激光沿双包层光纤的分布。通过对多点抽运的双包层光纤激光器进行数值分析,不仅得到了激光器的输出功率,还能够得到抽运光损耗以及激光损耗数值大小等数据,有助于多点抽运的双包层光纤激光器的优化分析和设计。结果表明,该数值分析方法对多点抽运的双包层光纤激光器的深入研究非常有意义。
为了对多点抽运的高功率双包层光纤激光器进行深入的理论分析,从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程和边界条件出发,对多点抽运的双包层光纤激光器的数值分析方法进行了研究。通过坐标比例变换和抽运光与激光的连续性边界条件变换,将多点抽运的高功率双包层光纤激光器的数值分析模型转化为两点边值问题,然后利用两点边值问题的数值分析方法有效地进行求解,得到了抽运光和激光沿双包层光纤的分布。通过对多点抽运的双包层光纤激光器进行数值分析,不仅得到了激光器的输出功率,还能够得到抽运光损耗以及激光损耗数值大小等数据,有助于多点抽运的双包层光纤激光器的优化分析和设计。结果表明,该数值分析方法对多点抽运的双包层光纤激光器的深入研究非常有意义。
2007, 31(2): 153-155,159.
摘要:
为了研究复杂流场环境下的包含遮挡物的非完全数据层析重建问题,从莫尔层析的基本理论出发,提出了一种将包含先验知识的属性矩阵融入迭代过程的全新的基于级数展开类的莫尔层析迭代算法。在此基础上,通过数值模拟,重建了包含遮挡物的三峰高斯分布的温度场,取得了理想的重建结果,并在相同条件下与层析变换类算法中滤波反投影算法进行了对比。结果表明,将先验知识以属性矩阵的形式融入迭代过程后,新算法与滤波反投影算法相比,能有效地处理包含遮挡物的非完全数据重建问题,为莫尔层析应用于实际测量奠定基础。
为了研究复杂流场环境下的包含遮挡物的非完全数据层析重建问题,从莫尔层析的基本理论出发,提出了一种将包含先验知识的属性矩阵融入迭代过程的全新的基于级数展开类的莫尔层析迭代算法。在此基础上,通过数值模拟,重建了包含遮挡物的三峰高斯分布的温度场,取得了理想的重建结果,并在相同条件下与层析变换类算法中滤波反投影算法进行了对比。结果表明,将先验知识以属性矩阵的形式融入迭代过程后,新算法与滤波反投影算法相比,能有效地处理包含遮挡物的非完全数据重建问题,为莫尔层析应用于实际测量奠定基础。
2007, 31(2): 192-195.
摘要:
为了研究激光在高斯镜平凸非稳腔中的模式和相位特征,在SIEGMAN分析多元件非稳腔的理论基础上,采用有限元数值方法计算耦合输出镜镜面反射率为高斯分布的圆镜平凸非稳腔本征模场分布。将光场在腔内一次往返的ABCD系数代入惠更斯-基尔霍夫衍射积分方程,可以写出光场往返一次的衍射积分方程。将镜面分割成若干个等宽圆环,把衍射积分方程转化成矩阵相乘形式,经过数值计算,得到理想空腔和非共轴空腔优先起振的光场本征模式分布结果与相位特性。计算结果表明,当合适选择输出镜半径与高斯反射率分布,可以得到光斑半径为0.3cm的基模高斯光束输出,此计算结果与实验结果相符。同时也讨论了耦合输出镜对光束质量的影响。
为了研究激光在高斯镜平凸非稳腔中的模式和相位特征,在SIEGMAN分析多元件非稳腔的理论基础上,采用有限元数值方法计算耦合输出镜镜面反射率为高斯分布的圆镜平凸非稳腔本征模场分布。将光场在腔内一次往返的ABCD系数代入惠更斯-基尔霍夫衍射积分方程,可以写出光场往返一次的衍射积分方程。将镜面分割成若干个等宽圆环,把衍射积分方程转化成矩阵相乘形式,经过数值计算,得到理想空腔和非共轴空腔优先起振的光场本征模式分布结果与相位特性。计算结果表明,当合适选择输出镜半径与高斯反射率分布,可以得到光斑半径为0.3cm的基模高斯光束输出,此计算结果与实验结果相符。同时也讨论了耦合输出镜对光束质量的影响。
2007, 31(2): 196-199.
摘要:
为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。
为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。
2007, 31(2): 203-205,208.
摘要:
为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输。研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明。结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性。这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义。
为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输。研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明。结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性。这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义。
2007, 31(2): 213-216.
摘要:
为了描绘出激光等离子体临界面处的强朗缪尔湍动,分析了激光等离子体中电磁波、朗缪尔波与离子声波的三波相互作用,采用二维三分量通过快速傅里叶变换方法数值求解萨哈罗夫方程。从图像中可看出,激光与等离子体的相互作用导致横波与朗缪尔波之间出现的能量均分现象和密度空穴。求出了强朗缪尔波的强度和密度空穴的尺度,结果与粒子模拟的预测结果及实验所测数据大致相符。结果表明,数值分析仍是探究强朗缪尔湍动真实物理图像的一个有效途径。
为了描绘出激光等离子体临界面处的强朗缪尔湍动,分析了激光等离子体中电磁波、朗缪尔波与离子声波的三波相互作用,采用二维三分量通过快速傅里叶变换方法数值求解萨哈罗夫方程。从图像中可看出,激光与等离子体的相互作用导致横波与朗缪尔波之间出现的能量均分现象和密度空穴。求出了强朗缪尔波的强度和密度空穴的尺度,结果与粒子模拟的预测结果及实验所测数据大致相符。结果表明,数值分析仍是探究强朗缪尔湍动真实物理图像的一个有效途径。
2007, 31(2): 123-126.
摘要:
为了研究以丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙稀酰胺共同作为单体的厚约180μm的光致聚合物材料的全息特性,采用记录透射型衍射光栅和进行数字全息存储实验的方法,获得了较为理想的实验结果。结果表明,该光致聚合物材料呈现出较高的衍射效率(大于40%)及较高的灵敏度(约0.01cm2/mJ),且衍射效率达最大后趋于稳定,说明所制的样品均匀性很好,在其中所记录的衍射光栅处于较为稳定的状态,未出现过调制现象及明显的噪音光栅。根据该光致聚合物材料的布喇格偏移,得出样品厚度缩皱百分比约为1.7%;并在所制的样品内进行了数字全息存储,再现图像清晰,误码率约为5.3×10-4。说明该光致聚合物适合数字全息存储。
为了研究以丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙稀酰胺共同作为单体的厚约180μm的光致聚合物材料的全息特性,采用记录透射型衍射光栅和进行数字全息存储实验的方法,获得了较为理想的实验结果。结果表明,该光致聚合物材料呈现出较高的衍射效率(大于40%)及较高的灵敏度(约0.01cm2/mJ),且衍射效率达最大后趋于稳定,说明所制的样品均匀性很好,在其中所记录的衍射光栅处于较为稳定的状态,未出现过调制现象及明显的噪音光栅。根据该光致聚合物材料的布喇格偏移,得出样品厚度缩皱百分比约为1.7%;并在所制的样品内进行了数字全息存储,再现图像清晰,误码率约为5.3×10-4。说明该光致聚合物适合数字全息存储。
2007, 31(2): 127-130.
摘要:
针对用层状复合材料柱体构成二维光子晶体的这一设想,采用时域有限差分方法数值研究了多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明,透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都与单一介质组成二维光子晶体存在差别,特别是在多层环柱时变化更明显,因此在实际应用中,根据具体要求设计二维光子晶体比设计单一介质有更多的可调因素,为二维光子晶体的应用奠定了理论依据。
针对用层状复合材料柱体构成二维光子晶体的这一设想,采用时域有限差分方法数值研究了多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明,透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都与单一介质组成二维光子晶体存在差别,特别是在多层环柱时变化更明显,因此在实际应用中,根据具体要求设计二维光子晶体比设计单一介质有更多的可调因素,为二维光子晶体的应用奠定了理论依据。
2007, 31(2): 141-143.
摘要:
为了研究不同掺杂YAG和GGG激光晶体的导热特性,采用瞬态脉冲法测量了273K~393K温度范围内自己生长的不同掺杂YAG和GGG激光晶体的热导率,并建立了实验样品温度场模型,推导出热导率对温度的函数关系,得到晶体热导率随温度变化曲线,这与实验测量结果基本相符。实验结果表明,晶体热导率随温度升高呈下降趋势,YAG激光晶体经Yb离子掺杂后热导率值降低,GGG晶体热导率随掺杂Nd离子浓度的增加而降低,并从理论上对实验结果进行了解释。
为了研究不同掺杂YAG和GGG激光晶体的导热特性,采用瞬态脉冲法测量了273K~393K温度范围内自己生长的不同掺杂YAG和GGG激光晶体的热导率,并建立了实验样品温度场模型,推导出热导率对温度的函数关系,得到晶体热导率随温度变化曲线,这与实验测量结果基本相符。实验结果表明,晶体热导率随温度升高呈下降趋势,YAG激光晶体经Yb离子掺杂后热导率值降低,GGG晶体热导率随掺杂Nd离子浓度的增加而降低,并从理论上对实验结果进行了解释。
2007, 31(2): 147-149.
摘要:
为了制备高性能的掺Er硅基玻璃,通过溶胶-凝胶方法制备了掺Er3+和Al3+的硅基玻璃,研究了Al3+对Er3+发光性能的影响。结果表明,掺Al3+后使样品中Er3+离子的最大掺杂浓度提高1倍,发光强度也明显增强,是不掺Al3+的Er-硅基玻璃中Er3+离子发光强度的20多倍。通过分析发现,Al3+和Er3+之间并不是简单的能量传递关系,而是在改变原基质结构的同时,有效分散了样品中的Er3+离子,降低了Er3+离子之间的交叉弛豫几率;在980nm波长激发下,Er3+离子只有654nm一个波长的上转换荧光。
为了制备高性能的掺Er硅基玻璃,通过溶胶-凝胶方法制备了掺Er3+和Al3+的硅基玻璃,研究了Al3+对Er3+发光性能的影响。结果表明,掺Al3+后使样品中Er3+离子的最大掺杂浓度提高1倍,发光强度也明显增强,是不掺Al3+的Er-硅基玻璃中Er3+离子发光强度的20多倍。通过分析发现,Al3+和Er3+之间并不是简单的能量传递关系,而是在改变原基质结构的同时,有效分散了样品中的Er3+离子,降低了Er3+离子之间的交叉弛豫几率;在980nm波长激发下,Er3+离子只有654nm一个波长的上转换荧光。
2007, 31(2): 160-162.
摘要:
为进一步提高铌酸锂声电光调制器的性能,在确定器件的电光工作模式后,利用相切条件办法对相应的声光工作模式进行了系统的研究。通过以离轴角为自变量分别对x-O-z平面和y-O-z平面内不同超声波情况下的声光优值进行定量计算,确定了铌酸锂声电光器件的最佳工作模式,并给出了该工作模式下中心频率在50MHz~300MHz之间铌酸锂声电光器件的设计参数。计算结果表明,利用最优化工作模式可以获得较大的声光优值,从而有效提高器件的衍射效率。
为进一步提高铌酸锂声电光调制器的性能,在确定器件的电光工作模式后,利用相切条件办法对相应的声光工作模式进行了系统的研究。通过以离轴角为自变量分别对x-O-z平面和y-O-z平面内不同超声波情况下的声光优值进行定量计算,确定了铌酸锂声电光器件的最佳工作模式,并给出了该工作模式下中心频率在50MHz~300MHz之间铌酸锂声电光器件的设计参数。计算结果表明,利用最优化工作模式可以获得较大的声光优值,从而有效提高器件的衍射效率。
2007, 31(2): 166-168.
摘要:
多孔硅电致发光性质的研究对于实现硅基光电集成具有重要的应用价值。采用蒸镀-阳极氧化法制备了多孔硅异质结(ITO/PS/p-Si/Al)电致发光器件,在7.5V较低电压下实现了数小时连续电致发光,并给出了该器件的发光和电学性能的测量结果。结果表明,要制备较好发光性能和伏安特性的多孔硅电致发光器件,顶部电极应同时具有较高的透光率和电导率。
多孔硅电致发光性质的研究对于实现硅基光电集成具有重要的应用价值。采用蒸镀-阳极氧化法制备了多孔硅异质结(ITO/PS/p-Si/Al)电致发光器件,在7.5V较低电压下实现了数小时连续电致发光,并给出了该器件的发光和电学性能的测量结果。结果表明,要制备较好发光性能和伏安特性的多孔硅电致发光器件,顶部电极应同时具有较高的透光率和电导率。
2007, 31(2): 175-178.
摘要:
为了研究采用由曙红做染料、丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺构成的光致聚合物制成的全息透射光栅的曝光特性,用实验的方法探索了光栅空间频率、曝光强度、曝光时间等因素对该透射光栅衍射效率的影响。实验表明,聚合物全息透射光栅空间频率,曝光强度,曝光时间都有一个互相关联的最佳范围,在这一范围内衍射效率能达到最大值。当聚合物光栅在空间频率为2751 line/mm附近,曝光强度在12mW~15mW之间,曝光量在770mJ/cm2左右时,衍射效率最大。最大衍射效率能达到75%左右,在全息光栅中衍射效率较高。
为了研究采用由曙红做染料、丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺构成的光致聚合物制成的全息透射光栅的曝光特性,用实验的方法探索了光栅空间频率、曝光强度、曝光时间等因素对该透射光栅衍射效率的影响。实验表明,聚合物全息透射光栅空间频率,曝光强度,曝光时间都有一个互相关联的最佳范围,在这一范围内衍射效率能达到最大值。当聚合物光栅在空间频率为2751 line/mm附近,曝光强度在12mW~15mW之间,曝光量在770mJ/cm2左右时,衍射效率最大。最大衍射效率能达到75%左右,在全息光栅中衍射效率较高。
2007, 31(2): 179-181,184.
摘要:
为了研究抛物面碟形聚光器实现太阳能直接抽运光纤激光器,根据空间太阳光谱分布特点,采用数值方法,计算了用该聚光器聚集太阳能量抽运双包层光纤激光器时光纤吸收的太阳能量及其吸收效率。计算结果表明,通过采用内包层数值孔径较大、掺杂适当稀土元素的双包层光纤及减小太阳光传输过程中的损耗等措施提高光纤激光器对太阳能的吸收效率,可以实现太阳能直接抽运光纤激光器。通过光纤集束熔锥侧面耦合器构成多模光纤阵列或者聚光器阵列的结构,可进一步提高太阳能抽运功率。
为了研究抛物面碟形聚光器实现太阳能直接抽运光纤激光器,根据空间太阳光谱分布特点,采用数值方法,计算了用该聚光器聚集太阳能量抽运双包层光纤激光器时光纤吸收的太阳能量及其吸收效率。计算结果表明,通过采用内包层数值孔径较大、掺杂适当稀土元素的双包层光纤及减小太阳光传输过程中的损耗等措施提高光纤激光器对太阳能的吸收效率,可以实现太阳能直接抽运光纤激光器。通过光纤集束熔锥侧面耦合器构成多模光纤阵列或者聚光器阵列的结构,可进一步提高太阳能抽运功率。
2007, 31(2): 209-212,216.
摘要:
为更好地分析二元双折射晶体对复合光的退偏性能,从理论上分析了二元双折射晶体光轴夹角不同以及厚度不同时复合线偏振光的退偏情况,并用实验进一步验证了单晶体退偏器和Lyot型退偏器的退偏性能。结果表明,光轴夹角的不同对于出射光的偏振度有一定影响但相对间接;材料的厚度对于出射光的偏振度有很大的影响;晶体材料厚度之比对出射光偏振度也有一定影响。这一结论为退偏振器件的设计及其使用提供了一定的理论分析和参考依据。
为更好地分析二元双折射晶体对复合光的退偏性能,从理论上分析了二元双折射晶体光轴夹角不同以及厚度不同时复合线偏振光的退偏情况,并用实验进一步验证了单晶体退偏器和Lyot型退偏器的退偏性能。结果表明,光轴夹角的不同对于出射光的偏振度有一定影响但相对间接;材料的厚度对于出射光的偏振度有很大的影响;晶体材料厚度之比对出射光偏振度也有一定影响。这一结论为退偏振器件的设计及其使用提供了一定的理论分析和参考依据。
2007, 31(2): 188-191.
摘要:
主要介绍了多光谱探测及激光多光谱探测技术的发展及现状,并着重探讨了激光多光谱扫描成像系统的关键技术与发展趋势。鉴于激光多光谱主动探测技术的优势,这项技术将在制导、目标识别、地形匹配及其它激光主动探测领域具有广泛的应用前景。
主要介绍了多光谱探测及激光多光谱探测技术的发展及现状,并着重探讨了激光多光谱扫描成像系统的关键技术与发展趋势。鉴于激光多光谱主动探测技术的优势,这项技术将在制导、目标识别、地形匹配及其它激光主动探测领域具有广泛的应用前景。
2007, 31(2): 220-224.
摘要:
介绍了激光熔覆技术的特点及其在材料表面改性中的应用概况,回顾了利用激光熔覆技术制备梯度功能涂层的国内外研究现状。经分析认为,外加强化相与基材热物性差别大是导致涂层开裂失效的主要因素。利用原位合成和基于快速原型的激光直接制造技术制备梯度功能表层或构件是将来的发展方向。
介绍了激光熔覆技术的特点及其在材料表面改性中的应用概况,回顾了利用激光熔覆技术制备梯度功能涂层的国内外研究现状。经分析认为,外加强化相与基材热物性差别大是导致涂层开裂失效的主要因素。利用原位合成和基于快速原型的激光直接制造技术制备梯度功能表层或构件是将来的发展方向。
