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RSS2009年 33卷 第5期
2009, 33(5): 449-451,458.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.001
[摘要]
[PDF 256KB]
摘要:
为了研究分布式光纤喇曼放大器研制过程关键技术,采用数值分析与实验相结合的方法,从理论上分析了受激喇曼散射耦合方程组,并对抽运光、信号光之间相互作用过程进行数值模拟,选择了满足增益要求的抽运源数目、波长和功率参量。实验上通过调节抽运功率配置,得到了C+L波段信号净开关增益大于10dB,平坦度小于1.6dB,偏振相关增益小于0.4dB,偏振模色散小于0.16ps。实验结果表明,本系统选择的抽运源参量完全满足喇曼增益设计要求,系统技术指标达到通信使用标准。
为了研究分布式光纤喇曼放大器研制过程关键技术,采用数值分析与实验相结合的方法,从理论上分析了受激喇曼散射耦合方程组,并对抽运光、信号光之间相互作用过程进行数值模拟,选择了满足增益要求的抽运源数目、波长和功率参量。实验上通过调节抽运功率配置,得到了C+L波段信号净开关增益大于10dB,平坦度小于1.6dB,偏振相关增益小于0.4dB,偏振模色散小于0.16ps。实验结果表明,本系统选择的抽运源参量完全满足喇曼增益设计要求,系统技术指标达到通信使用标准。
2009, 33(5): 452-454,469.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.002
摘要:
为了探讨多级级联掺镱光纤放大器的脉冲放大特性,采用主振功率放大技术(MOPA),实验研究了3级级联、全光纤结构的高增益脉冲激光放大器。通过优化各放大级增益光纤的长度和抽运光功率的大小,在保证高放大增益的同时,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡,并对第2放大级进行了结构优化。在脉冲激光放大过程中实现了中心波长1064nm、脉冲宽度19ns、重复频率5kHz、峰值功率3.8kW、总放大增益达43.8dB的稳定激光输出。同时,制作完成了1台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,对重复频率1Hz的低频脉冲信号进行了放大实验,也得到了43.2dB的输出信号增益。结果表明,本脉冲光纤放大器对低频脉冲信号有很好的放大效果。
为了探讨多级级联掺镱光纤放大器的脉冲放大特性,采用主振功率放大技术(MOPA),实验研究了3级级联、全光纤结构的高增益脉冲激光放大器。通过优化各放大级增益光纤的长度和抽运光功率的大小,在保证高放大增益的同时,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡,并对第2放大级进行了结构优化。在脉冲激光放大过程中实现了中心波长1064nm、脉冲宽度19ns、重复频率5kHz、峰值功率3.8kW、总放大增益达43.8dB的稳定激光输出。同时,制作完成了1台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,对重复频率1Hz的低频脉冲信号进行了放大实验,也得到了43.2dB的输出信号增益。结果表明,本脉冲光纤放大器对低频脉冲信号有很好的放大效果。
2009, 33(5): 466-469.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.006
摘要:
为了研究BIBO晶体的非临界相位匹配的特点及应用,采用MATLAB编程的精确计算方法,在BIBO的热光色散方程的基础上,以波长为532nm的绿光作为抽运光,计算了BIBO在非临界相位匹配下的温度调谐、有效非线性系数和允许参量。计算得出,当匹配角θ=90°时,信号光的温度调谐范围为0.65μm~3.0μm;当信号光波长为670nm时,BIBO的差频Ⅱ类(B)相位匹配的最佳匹配条件为:Tm=22.3℃,φ=35°,deff=1.904pm/V。结果表明,BIBO的非临界相位匹配有望应用于激光电视等可见波段激光产品。
为了研究BIBO晶体的非临界相位匹配的特点及应用,采用MATLAB编程的精确计算方法,在BIBO的热光色散方程的基础上,以波长为532nm的绿光作为抽运光,计算了BIBO在非临界相位匹配下的温度调谐、有效非线性系数和允许参量。计算得出,当匹配角θ=90°时,信号光的温度调谐范围为0.65μm~3.0μm;当信号光波长为670nm时,BIBO的差频Ⅱ类(B)相位匹配的最佳匹配条件为:Tm=22.3℃,φ=35°,deff=1.904pm/V。结果表明,BIBO的非临界相位匹配有望应用于激光电视等可见波段激光产品。
2009, 33(5): 482-485.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.010
摘要:
为了精确模拟脉冲放大器中的受激布里渊现象,修正了脉冲光纤放大器中受激布里渊散射瞬态演变模型,建立了基于Er/Yb共掺双包层光纤中动态速率方程的受激布里渊散射的瞬态模型,同时包括了受激布里渊散射的信号光能量转移和反转粒子数消耗两个增益获得过程,采用有限差分的方法,分析了受激布里渊散射在高功率、低重复频率、窄脉冲光纤放大器中对输出脉冲信号单脉冲能量、峰值功率、频谱和时域波形的影响。搭建了两级放大的主振功率放大实验平台,利用重复频率为156kHz的调Q脉冲信号进行了高功率脉冲放大实验,得到了1.32W的平均功率输出,以及受激布里渊级联频谱和时域波形情况。结果表明,实验与理论分析相吻合,同时也验证了这个修正模型的正确性和有效性。
为了精确模拟脉冲放大器中的受激布里渊现象,修正了脉冲光纤放大器中受激布里渊散射瞬态演变模型,建立了基于Er/Yb共掺双包层光纤中动态速率方程的受激布里渊散射的瞬态模型,同时包括了受激布里渊散射的信号光能量转移和反转粒子数消耗两个增益获得过程,采用有限差分的方法,分析了受激布里渊散射在高功率、低重复频率、窄脉冲光纤放大器中对输出脉冲信号单脉冲能量、峰值功率、频谱和时域波形的影响。搭建了两级放大的主振功率放大实验平台,利用重复频率为156kHz的调Q脉冲信号进行了高功率脉冲放大实验,得到了1.32W的平均功率输出,以及受激布里渊级联频谱和时域波形情况。结果表明,实验与理论分析相吻合,同时也验证了这个修正模型的正确性和有效性。
2009, 33(5): 493-496.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.013
摘要:
为了研究相干合成系统的抖动对远场的影响,以正六边形列阵为模型,采用傅里叶光学分析法,得到了系统抖动造成单个光源引入相位差时的远场光强表达式,描绘了中心光斑能量与总能量的比值以及峰值光强随相差的变化曲线,研究了列阵中某个光源位相在不同范围内随机抖动的影响。结果表明,系统抖动引起了远场中心光斑的能量以及峰值光强的减小,远场对称性也遭到破坏;如果将系统的抖动控制在3π/8范围内,远场并不会受到较大影响。
为了研究相干合成系统的抖动对远场的影响,以正六边形列阵为模型,采用傅里叶光学分析法,得到了系统抖动造成单个光源引入相位差时的远场光强表达式,描绘了中心光斑能量与总能量的比值以及峰值光强随相差的变化曲线,研究了列阵中某个光源位相在不同范围内随机抖动的影响。结果表明,系统抖动引起了远场中心光斑的能量以及峰值光强的减小,远场对称性也遭到破坏;如果将系统的抖动控制在3π/8范围内,远场并不会受到较大影响。
2009, 33(5): 497-499,502.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.011
摘要:
为了研究微纳光纤的导波和远场辐射特性,采用模式理论和衍射理论分析了微纳光纤芯径与模场、z向能流密度、有效模面积和远场强度的关系,并通过拉锥光纤进行了实验验证。结果表明,通过合理设计,微纳光纤的大部分能量在包层中以倏逝波的形式传输,光纤的有效模面积可以超过1000μm2。拉锥光纤的实验证实了微纳光纤可以有效地传输导波并把其辐射出去。
为了研究微纳光纤的导波和远场辐射特性,采用模式理论和衍射理论分析了微纳光纤芯径与模场、z向能流密度、有效模面积和远场强度的关系,并通过拉锥光纤进行了实验验证。结果表明,通过合理设计,微纳光纤的大部分能量在包层中以倏逝波的形式传输,光纤的有效模面积可以超过1000μm2。拉锥光纤的实验证实了微纳光纤可以有效地传输导波并把其辐射出去。
2009, 33(5): 503-505.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.012
摘要:
为了实现大模场单模光纤,采用增益导引和折射率反导引相结合的新方法,进行了腔镜反射率对增益导引折射率反导引光纤激光器影响的理论研究,数值模拟了不同增益系数和负折射率差值情况下的模场分布及对模场的影响,得出了单模运转条件。结果表明,增益导引和折射率反导引光纤可以实现大模场面积,这为设计大模场光纤提供了理论依据,具有重要的指导意义。
为了实现大模场单模光纤,采用增益导引和折射率反导引相结合的新方法,进行了腔镜反射率对增益导引折射率反导引光纤激光器影响的理论研究,数值模拟了不同增益系数和负折射率差值情况下的模场分布及对模场的影响,得出了单模运转条件。结果表明,增益导引和折射率反导引光纤可以实现大模场面积,这为设计大模场光纤提供了理论依据,具有重要的指导意义。
2009, 33(5): 509-511.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.013
摘要:
为了考察双包层光纤激光器的偏振行为,选用国产大模场D型内包层光纤,采用单端抽运的方法,测量了不同缠绕半径和不同抽运强度下光纤输出激光的偏振态。结果表明,激光器在阈值附近单波长运转时,如果光纤缠绕半径较小,输出激光表现出较明显的偏振特征,如果缠绕半径较大,输出激光偏振特征较弱;高于阈值多波长运转时,无论采用何种缠绕半径,都观测不到偏振现象。
为了考察双包层光纤激光器的偏振行为,选用国产大模场D型内包层光纤,采用单端抽运的方法,测量了不同缠绕半径和不同抽运强度下光纤输出激光的偏振态。结果表明,激光器在阈值附近单波长运转时,如果光纤缠绕半径较小,输出激光表现出较明显的偏振特征,如果缠绕半径较大,输出激光偏振特征较弱;高于阈值多波长运转时,无论采用何种缠绕半径,都观测不到偏振现象。
2009, 33(5): 512-514,517.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.014
摘要:
为了改善光纤激光器的输出光束特性,将光纤端面加工处理成近似凸球面。从实验上研究了光纤端面为凸球面时对光纤激光器输出光束质量和输出功率的影响。在考虑横向空间烧孔效应的速率方程的基础上,建立了光纤激光器端面选模的理论模型,并对凸端面选模方法进行了数值模拟。结果表明,采取凸端面作为光纤激光器的输出端可以提高输出激光的光束质量。
为了改善光纤激光器的输出光束特性,将光纤端面加工处理成近似凸球面。从实验上研究了光纤端面为凸球面时对光纤激光器输出光束质量和输出功率的影响。在考虑横向空间烧孔效应的速率方程的基础上,建立了光纤激光器端面选模的理论模型,并对凸端面选模方法进行了数值模拟。结果表明,采取凸端面作为光纤激光器的输出端可以提高输出激光的光束质量。
2009, 33(5): 529-531,534.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.015
摘要:
为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一定方式排列的微纳光纤束阵列中多根微纳纤芯可以很好耦合;当多根微纳芯和大芯径纤芯组束时,微纳纤芯能够有效地平坦模场。这一结果对于高功率光纤激光器和放大器的进一步发展很有帮助。
为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一定方式排列的微纳光纤束阵列中多根微纳纤芯可以很好耦合;当多根微纳芯和大芯径纤芯组束时,微纳纤芯能够有效地平坦模场。这一结果对于高功率光纤激光器和放大器的进一步发展很有帮助。
2009, 33(5): 532-534.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.016
摘要:
为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。
为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。
2009, 33(5): 535-537,540.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.017
摘要:
为了能够更好地研究反折射率增益导引光纤的工作特性及掺镱反折射率增益导引光纤放大器模型,分析其对信号光的放大特性,利用信号光饱和参量S方法,求解速率方程,针对100μm芯径特征尺寸,进行了理论分析及仿真计算。结果表明,在特定的掺杂离子浓度和抽运功率下,得到信号光增益与光纤长度的相互关系,并得到最佳光纤长度、掺杂离子浓度和抽运功率的数值曲线,与普通的光纤放大器相比,其放大特性有很大的提高。
为了能够更好地研究反折射率增益导引光纤的工作特性及掺镱反折射率增益导引光纤放大器模型,分析其对信号光的放大特性,利用信号光饱和参量S方法,求解速率方程,针对100μm芯径特征尺寸,进行了理论分析及仿真计算。结果表明,在特定的掺杂离子浓度和抽运功率下,得到信号光增益与光纤长度的相互关系,并得到最佳光纤长度、掺杂离子浓度和抽运功率的数值曲线,与普通的光纤放大器相比,其放大特性有很大的提高。
2009, 33(5): 541-544.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.018
摘要:
为了研究自发辐射对高功率铒镱共掺脉冲光纤放大器性能的影响,在速率方程理论的基础上,采用有限差分法对理论模型进行了数值求解。对不同抽运、信号和光纤参量配置情况下,自发辐射对放大器性能的影响进行了模拟分析。结果表明,由于自发辐射自饱和的限制,在其它条件相同的情况下,为了得到最高的单脉冲能量和峰值功率,放大器输入信号存在一个最佳的重复频率,且该最佳重复频率与抽运功率成正比与脉冲宽度成反比。研究结果对高功率铒镱共掺光纤脉冲放大器的设计和实验研究有重要指导意义。
为了研究自发辐射对高功率铒镱共掺脉冲光纤放大器性能的影响,在速率方程理论的基础上,采用有限差分法对理论模型进行了数值求解。对不同抽运、信号和光纤参量配置情况下,自发辐射对放大器性能的影响进行了模拟分析。结果表明,由于自发辐射自饱和的限制,在其它条件相同的情况下,为了得到最高的单脉冲能量和峰值功率,放大器输入信号存在一个最佳的重复频率,且该最佳重复频率与抽运功率成正比与脉冲宽度成反比。研究结果对高功率铒镱共掺光纤脉冲放大器的设计和实验研究有重要指导意义。
2009, 33(5): 545-547.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.019
摘要:
为了探讨光纤中高阶效应下与扰动频率相关的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱特点,从包含5阶非线性和4阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析,计算分析了两光波扰动频率不等时的不稳定性条件和增益谱。结果表明,当2阶、4阶色散同号时,增益谱有两种可能的形式,其中一种的谱范围包含了另一种的。被包含谱的不稳定条件与通常情况不同,且谱特性受色散和5阶非线性的影响小。随着某一扰动频率增大,增益谱的谱区数及变化规律将随两光波所处的光纤色散区的不同而不同。而正(负)5阶非线性可使谱峰增加(减小)、谱宽变宽(窄)。该研究对高重复率脉冲串产生具有一定意义。
为了探讨光纤中高阶效应下与扰动频率相关的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱特点,从包含5阶非线性和4阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析,计算分析了两光波扰动频率不等时的不稳定性条件和增益谱。结果表明,当2阶、4阶色散同号时,增益谱有两种可能的形式,其中一种的谱范围包含了另一种的。被包含谱的不稳定条件与通常情况不同,且谱特性受色散和5阶非线性的影响小。随着某一扰动频率增大,增益谱的谱区数及变化规律将随两光波所处的光纤色散区的不同而不同。而正(负)5阶非线性可使谱峰增加(减小)、谱宽变宽(窄)。该研究对高重复率脉冲串产生具有一定意义。
2009, 33(5): 548-550,554.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.020
摘要:
被动锁模光纤激光器腔体结构简单,可以实现全光纤集成,是产生超短脉冲的有效方法,而非线性偏振旋转又是其中最重要、最简单的被动锁模方法。为了研究基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在的多种不同工作模式,采用实验方法,得到了包括正常孤子态,多脉冲束缚态,噪声像脉冲态等输出模式。结果表明,基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在多种不同的工作模式。
被动锁模光纤激光器腔体结构简单,可以实现全光纤集成,是产生超短脉冲的有效方法,而非线性偏振旋转又是其中最重要、最简单的被动锁模方法。为了研究基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在的多种不同工作模式,采用实验方法,得到了包括正常孤子态,多脉冲束缚态,噪声像脉冲态等输出模式。结果表明,基于非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器存在多种不同的工作模式。
2009, 33(5): 555-557,560.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.021
摘要:
为了分析光纤激光器中高阶模式对相干合成的影响,采用将光纤激光器的基模以及高阶模式近似表示为拉盖尔-高斯光束的线性叠加的方法,利用拉盖尔-高斯光束的传输特性,得到了当光纤激光器的输出光束包含高阶模式时,激光器阵列相干合成的远场光强分布模型。同时以光纤激光器中输出混合模式为LP01和 LP11以及输出混合模式为LP01和LP02两种情况为例,分析了存在高阶模式的远场相干条纹的峰值功率和条纹对比度。结果表明,当光纤激光器中高阶模式为 LP11模时,远场相干条纹的峰值能量随着LP11模的增加线性下降;当光纤激光器中高阶模式为LP02模时,远场相干条纹的条纹对比度随着 LP02模的增加线性下降。
为了分析光纤激光器中高阶模式对相干合成的影响,采用将光纤激光器的基模以及高阶模式近似表示为拉盖尔-高斯光束的线性叠加的方法,利用拉盖尔-高斯光束的传输特性,得到了当光纤激光器的输出光束包含高阶模式时,激光器阵列相干合成的远场光强分布模型。同时以光纤激光器中输出混合模式为LP01和 LP11以及输出混合模式为LP01和LP02两种情况为例,分析了存在高阶模式的远场相干条纹的峰值功率和条纹对比度。结果表明,当光纤激光器中高阶模式为 LP11模时,远场相干条纹的峰值能量随着LP11模的增加线性下降;当光纤激光器中高阶模式为LP02模时,远场相干条纹的条纹对比度随着 LP02模的增加线性下降。
2009, 33(5): 455-458.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.022
摘要:
为了研究测量混合层高度的方法,对判断混合层高度的几种重要方法,如目测法、梯度法等进行了分析,采用本文中所介绍的的Steyn法,通过阐述其理论基础,给出了理想模型图,并举例强调实际运用时初始值选择对拟合结果的影响。利用云高仪Vaisala测得的3幅雷达回波信号图(气溶胶后向散射系数和高度)进行拟合,得到了混合层高度等结果。结果表明,Steyn法即使在混合层后向散射系数多变、混合层高度偏低的复杂情况下,仍能准确有效地识别混合层高度、夹卷层厚度等信息,大气边界层日变化的实测结果与理论预测值能较好地吻合。
为了研究测量混合层高度的方法,对判断混合层高度的几种重要方法,如目测法、梯度法等进行了分析,采用本文中所介绍的的Steyn法,通过阐述其理论基础,给出了理想模型图,并举例强调实际运用时初始值选择对拟合结果的影响。利用云高仪Vaisala测得的3幅雷达回波信号图(气溶胶后向散射系数和高度)进行拟合,得到了混合层高度等结果。结果表明,Steyn法即使在混合层后向散射系数多变、混合层高度偏低的复杂情况下,仍能准确有效地识别混合层高度、夹卷层厚度等信息,大气边界层日变化的实测结果与理论预测值能较好地吻合。
2009, 33(5): 459-461,465.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.023
摘要:
为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法传输特性测试仪实验装置,对掺镱双包层光纤的传输损耗特性进行了测量。实验中测得35m长掺镱双包层光纤对1064nm光的插入损耗为2.645dB,测得100组数据对应的标准偏差为0.026dB。并在不同的条件下进行了多次重复实验,重复测量误差不超过0.07dB。这一结果对于提高光纤激光元器件测试精度是有帮助的。
为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法传输特性测试仪实验装置,对掺镱双包层光纤的传输损耗特性进行了测量。实验中测得35m长掺镱双包层光纤对1064nm光的插入损耗为2.645dB,测得100组数据对应的标准偏差为0.026dB。并在不同的条件下进行了多次重复实验,重复测量误差不超过0.07dB。这一结果对于提高光纤激光元器件测试精度是有帮助的。
2009, 33(5): 486-489.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.024
摘要:
为了研究光纤激光在选区激光熔化直接成型316L不锈钢精密零件中的应用,采用扩束镜及f-θ透镜,将光纤激光在成型系统工作面上聚集成30μm~50μm左右的细微聚焦光束;通过分析离焦量、扫描速度、激光功率、扫描路径对比成型实验,获得了激光光斑直径、扫描速度、激光功率等工艺参量及扫描路径对成型精度的影响关系。结果表明,通过优化工艺参量及扫描路径,可成功成型壁厚达0.1mm的316L不锈钢精密零件。
为了研究光纤激光在选区激光熔化直接成型316L不锈钢精密零件中的应用,采用扩束镜及f-θ透镜,将光纤激光在成型系统工作面上聚集成30μm~50μm左右的细微聚焦光束;通过分析离焦量、扫描速度、激光功率、扫描路径对比成型实验,获得了激光光斑直径、扫描速度、激光功率等工艺参量及扫描路径对成型精度的影响关系。结果表明,通过优化工艺参量及扫描路径,可成功成型壁厚达0.1mm的316L不锈钢精密零件。
2009, 33(5): 490-492,496.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.025
摘要:
为了研究光纤端面在脉冲激光作用下的损伤阈值,采用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器诱导损伤测试方法,获得了光纤端面脉冲激光诱导损伤特性的初步结果。结果表明,光纤端面的处理工艺、表面质量、清洁程度及激光损伤探测光源的重复频率对损伤测试结果均有不同程度的影响。
为了研究光纤端面在脉冲激光作用下的损伤阈值,采用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器诱导损伤测试方法,获得了光纤端面脉冲激光诱导损伤特性的初步结果。结果表明,光纤端面的处理工艺、表面质量、清洁程度及激光损伤探测光源的重复频率对损伤测试结果均有不同程度的影响。
2009, 33(5): 500-502.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.026
摘要:
为了减少磨损,延长模具的使用寿命,在模具表面应用激光毛化处理。采用200W灯抽运Nd:YAG激光器,进行系统的激光毛化工艺试验,得出脉冲激光参量对模具表面微观形貌主要几何参量的影响规律,最终获得了预期的几何形貌。并分别测量和分析了毛化模具表面硬度和金相组织状况。结果表明,微凸体表面硬度比基体材料的表面硬度提高了30%~40%,提高了模具表面的耐磨性。
为了减少磨损,延长模具的使用寿命,在模具表面应用激光毛化处理。采用200W灯抽运Nd:YAG激光器,进行系统的激光毛化工艺试验,得出脉冲激光参量对模具表面微观形貌主要几何参量的影响规律,最终获得了预期的几何形貌。并分别测量和分析了毛化模具表面硬度和金相组织状况。结果表明,微凸体表面硬度比基体材料的表面硬度提高了30%~40%,提高了模具表面的耐磨性。
2009, 33(5): 506-508.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.027
摘要:
为了研究光反馈自混合干涉信号的去噪方法,根据光反馈自混合干涉信号的特点,在多分辨分析小波阈值去噪的基础上,采用了一种改进的阈值函数方法。新阈值函数克服了传统硬阈值函数不连续的缺点,解决了软阈值函数中存在的恒定偏差,并且具有软硬阈值函数不可比拟的灵活性。利用3种阈值函数对光自混合干涉信号进行去噪处理,通过对仿真波形和实测波形的处理,结果表明,无论是在去噪效果上,还是在信噪比增益和最小均方误差意义上,均优于传统的软硬阈值方法。
为了研究光反馈自混合干涉信号的去噪方法,根据光反馈自混合干涉信号的特点,在多分辨分析小波阈值去噪的基础上,采用了一种改进的阈值函数方法。新阈值函数克服了传统硬阈值函数不连续的缺点,解决了软阈值函数中存在的恒定偏差,并且具有软硬阈值函数不可比拟的灵活性。利用3种阈值函数对光自混合干涉信号进行去噪处理,通过对仿真波形和实测波形的处理,结果表明,无论是在去噪效果上,还是在信噪比增益和最小均方误差意义上,均优于传统的软硬阈值方法。
2009, 33(5): 515-517.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.028
摘要:
为了解决目前舰载武器激光对瞄系统存在对瞄成像光斑尺寸较小,以及在动态场景情况下该成像光斑极易偏离出观测视场等缺陷,采用渐变折射率平板波导对成像激光进行1维扩束,激光束在与传播方向垂直平面内的一个方向上进行很好的扩束,而在另一个方向上基本不影响原有光束的传输性能。对改进后的系统进行模拟实验。结果表明,扩束光线具备了较好的对瞄观测效果。
为了解决目前舰载武器激光对瞄系统存在对瞄成像光斑尺寸较小,以及在动态场景情况下该成像光斑极易偏离出观测视场等缺陷,采用渐变折射率平板波导对成像激光进行1维扩束,激光束在与传播方向垂直平面内的一个方向上进行很好的扩束,而在另一个方向上基本不影响原有光束的传输性能。对改进后的系统进行模拟实验。结果表明,扩束光线具备了较好的对瞄观测效果。
2009, 33(5): 518-521.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.029
摘要:
为了研究不同天顶角、传输距离、光源相干性以及湍流外尺度对接收面光束空间相干度的影响,采用广义惠更斯-菲涅耳原理和相位结构函数的平方近似,并运用张量积分的方法,得到了部分相干平顶光束通过斜程湍流大气传输后接收面光束空间相干度的解析表达式。结果表明,传输距离较短时,该光束空间相干度随两点距离的增加出现振荡现象,而传输距离较长时振荡现象消失;当传输距离给定时,天顶角越大,光束空间相干度的有效宽度相对较短。初始相干长度较短的该类光束其空间相干度的宽度不随传输距离的增加而减小;长距离传输后,光束空间相干性与光束初始相干长度不再有关。
为了研究不同天顶角、传输距离、光源相干性以及湍流外尺度对接收面光束空间相干度的影响,采用广义惠更斯-菲涅耳原理和相位结构函数的平方近似,并运用张量积分的方法,得到了部分相干平顶光束通过斜程湍流大气传输后接收面光束空间相干度的解析表达式。结果表明,传输距离较短时,该光束空间相干度随两点距离的增加出现振荡现象,而传输距离较长时振荡现象消失;当传输距离给定时,天顶角越大,光束空间相干度的有效宽度相对较短。初始相干长度较短的该类光束其空间相干度的宽度不随传输距离的增加而减小;长距离传输后,光束空间相干性与光束初始相干长度不再有关。
2009, 33(5): 522-525.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.030
摘要:
为了获得被测导轨的直线度误差信息,采用半导体激光器发出的激光,经准直扩束后照射到楔形平板上,利用楔形平板上下表面的反射作用,将这束激光分解为交角2α的交叉光束,在这两条平行激光束交叉的范围内产生干涉条纹。将此干涉光作为准直测量的基准,用线阵CCD作为光电转换器件固定在接收靶上;检测接收靶处于被测导轨任一测量点时干涉条纹在接收靶上的位置,得到了该测量点与准直光束的偏移量。进行了重复性实验以及与光电自准直仪的比对实验。在测量长度842mm时,直线度误差18.96μm,测量长度最远可达14m。结果表明,样机的性能、指标基本达到了预定目标。
为了获得被测导轨的直线度误差信息,采用半导体激光器发出的激光,经准直扩束后照射到楔形平板上,利用楔形平板上下表面的反射作用,将这束激光分解为交角2α的交叉光束,在这两条平行激光束交叉的范围内产生干涉条纹。将此干涉光作为准直测量的基准,用线阵CCD作为光电转换器件固定在接收靶上;检测接收靶处于被测导轨任一测量点时干涉条纹在接收靶上的位置,得到了该测量点与准直光束的偏移量。进行了重复性实验以及与光电自准直仪的比对实验。在测量长度842mm时,直线度误差18.96μm,测量长度最远可达14m。结果表明,样机的性能、指标基本达到了预定目标。
2009, 33(5): 526-528.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.031
摘要:
为了运用主振功率放大技术获得纳秒量级的高功率密度激光脉冲,设计了一种运用于主振功率放大的半导体激光种子源,通过编程可输出多种形状光脉冲,并采用主动脉冲外形控制技术提高了输出光脉冲的波形质量。实验中研制了高速大电流驱动模块和可编程多种调制波形发生器,并采用了1064nm量子阱分布反馈的大功率半导体激光器。结果表明,该种子源脉冲光功率优于200mW、动态范围优于20dB、脉冲宽度40ns~1μs和重复频率0MHz~5MHz可调,可编程控制输出多种波形。
为了运用主振功率放大技术获得纳秒量级的高功率密度激光脉冲,设计了一种运用于主振功率放大的半导体激光种子源,通过编程可输出多种形状光脉冲,并采用主动脉冲外形控制技术提高了输出光脉冲的波形质量。实验中研制了高速大电流驱动模块和可编程多种调制波形发生器,并采用了1064nm量子阱分布反馈的大功率半导体激光器。结果表明,该种子源脉冲光功率优于200mW、动态范围优于20dB、脉冲宽度40ns~1μs和重复频率0MHz~5MHz可调,可编程控制输出多种波形。
2009, 33(5): 462-465.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.032
摘要:
在相位测量型光学3维传感技术中,为了正确恢复物体的真实相位,采用了一种基于调制度轮廓线连接极点的相位展开算法。该算法将调制度分布图与分支阻断法相结合,利用图像增强技术中拉普拉斯算子检测边缘,从被测物体调制度分布中提取物体的轮廓线,用于指导极点的连接和截断线的设置,最后结合菱形算法快速展开被测物体的截断相位,能够得到较为真实的相位展开结果。实验结果表明,新方法结合了调制度分布图展开相位可靠和分支阻断法计算时速快的优点。在面形存在陡变和凹陷的复杂情况下,新算法甚至比可靠度排序法更能够有效地恢复出物体的真实相位,保证了测量的精度,而且运算速度比可靠度排序算法快了3倍。
在相位测量型光学3维传感技术中,为了正确恢复物体的真实相位,采用了一种基于调制度轮廓线连接极点的相位展开算法。该算法将调制度分布图与分支阻断法相结合,利用图像增强技术中拉普拉斯算子检测边缘,从被测物体调制度分布中提取物体的轮廓线,用于指导极点的连接和截断线的设置,最后结合菱形算法快速展开被测物体的截断相位,能够得到较为真实的相位展开结果。实验结果表明,新方法结合了调制度分布图展开相位可靠和分支阻断法计算时速快的优点。在面形存在陡变和凹陷的复杂情况下,新算法甚至比可靠度排序法更能够有效地恢复出物体的真实相位,保证了测量的精度,而且运算速度比可靠度排序算法快了3倍。
2009, 33(5): 551-554.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.033
摘要:
为了克服紫外光通信中单散射模型在低能见度下的适用局限性,基于1阶多次散射理论,对 Luegtten 非直视单散射信道模型进行了修正。在原模型的建模基础上,修正模型考虑了大气分子的瑞利散射和气溶胶的米氏散射,并且引入了多次散射的影响,运用 MATLAB 对修正模型进行了仿真。结果表明,在低能见度下修正模型比原模型在信道模拟上有较大改进,数据与试验结果吻合得更好;由于1阶多次散射理论适用于多次散射小于单次散射但又不能忽略的情况,修正模型与实际情况存在一定的差距。这对低能见度下的紫外光通信试验提供了参考数据。
为了克服紫外光通信中单散射模型在低能见度下的适用局限性,基于1阶多次散射理论,对 Luegtten 非直视单散射信道模型进行了修正。在原模型的建模基础上,修正模型考虑了大气分子的瑞利散射和气溶胶的米氏散射,并且引入了多次散射的影响,运用 MATLAB 对修正模型进行了仿真。结果表明,在低能见度下修正模型比原模型在信道模拟上有较大改进,数据与试验结果吻合得更好;由于1阶多次散射理论适用于多次散射小于单次散射但又不能忽略的情况,修正模型与实际情况存在一定的差距。这对低能见度下的紫外光通信试验提供了参考数据。
2009, 33(5): 470-472.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.007
摘要:
为了实现光纤激光器和放大器系统中不同参量光纤的低损耦合,采用光纤拉锥方法来实现光纤连接。经过理论分析,在大数值孔径光纤传输到小数值孔径光纤时,采用光纤拉锥技术可以有效地提高传输功率。采用改造的大模光纤熔接机进行拉锥实验研究,精确控制拉锥时间、放电功率、步进量和步进速率可以获得不同的拉锥形状。采用光纤拉锥元件对标准单模光纤和大模场光纤进行耦合实验,得到纤芯内传输的耦合输出效率由之前的50%提高到85%,获得了低损连接效果。结果表明,熔融拉锥技术为不同光纤之间的耦合提供了一种简单实用的方式。
为了实现光纤激光器和放大器系统中不同参量光纤的低损耦合,采用光纤拉锥方法来实现光纤连接。经过理论分析,在大数值孔径光纤传输到小数值孔径光纤时,采用光纤拉锥技术可以有效地提高传输功率。采用改造的大模光纤熔接机进行拉锥实验研究,精确控制拉锥时间、放电功率、步进量和步进速率可以获得不同的拉锥形状。采用光纤拉锥元件对标准单模光纤和大模场光纤进行耦合实验,得到纤芯内传输的耦合输出效率由之前的50%提高到85%,获得了低损连接效果。结果表明,熔融拉锥技术为不同光纤之间的耦合提供了一种简单实用的方式。
2009, 33(5): 478-481.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.009
摘要:
为了测试Zr:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱、抗光折变阈值、位相共轭和全息关联存储性能,采用Czochralski方法生长Zr:Fe:LiNbO3晶体。通过实验得出Zr:Fe:LiNbO3晶体红外光谱对应的OH-吸收峰移到3488cm-1;随着Zr4+摩尔分数的增加,Zr(摩尔分数xZr=0.06):Fe:LiNbO3晶体抗光折变阈值比Fe:LiNbO3晶体提高一个数量级以上,且晶体的位相共轭响应速度增加,而位相共轭反射率有所下降,Zr(xZr=0.02):Fe:LiNbO3晶体响应速度比Fe:LiNbO3晶体提高一个数量级;另外,以Zr(xZr=0.04):Fe(质量分数wFe=0.0003):LiNbO3作为存储介质,Zr(xZr=0.06):Fe(wFe=0.0003):LiNbO3晶体作为位相共轭镜,进行全息关联存储实验,在输出平面上接收到较完整的存储图像。结果表明,Zr:Fe:LiNbO3晶体具有强的抗光折变能力与优良的关联存储性能。
为了测试Zr:Fe:LiNbO3晶体的红外光谱、抗光折变阈值、位相共轭和全息关联存储性能,采用Czochralski方法生长Zr:Fe:LiNbO3晶体。通过实验得出Zr:Fe:LiNbO3晶体红外光谱对应的OH-吸收峰移到3488cm-1;随着Zr4+摩尔分数的增加,Zr(摩尔分数xZr=0.06):Fe:LiNbO3晶体抗光折变阈值比Fe:LiNbO3晶体提高一个数量级以上,且晶体的位相共轭响应速度增加,而位相共轭反射率有所下降,Zr(xZr=0.02):Fe:LiNbO3晶体响应速度比Fe:LiNbO3晶体提高一个数量级;另外,以Zr(xZr=0.04):Fe(质量分数wFe=0.0003):LiNbO3作为存储介质,Zr(xZr=0.06):Fe(wFe=0.0003):LiNbO3晶体作为位相共轭镜,进行全息关联存储实验,在输出平面上接收到较完整的存储图像。结果表明,Zr:Fe:LiNbO3晶体具有强的抗光折变能力与优良的关联存储性能。
2009, 33(5): 538-540.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.027
摘要:
为了研究云母波片的偏振参量受温度影响的情况,测量了不同温度下云母波片的偏光干涉谱。利用岛津UV-3101PC分光光度计,在其样品室中加入温控装置,改变波片的温度,对80μm,227.5μm,300μm和813.5μm 4个不同厚度的云母波片进行测量,结果发现,当温度升高时,波片的偏光干涉谱整体向短波长方向发生漂移,且温度变化越大,漂移越明显,这是由波片的厚度和双折射率受温度影响而引起的。结果表明,漂移的偏光干涉谱对于研究云母波片具有精确、直观、简单的优点,这为研究云母波片的偏振参量随温度的变化提供了方法。
为了研究云母波片的偏振参量受温度影响的情况,测量了不同温度下云母波片的偏光干涉谱。利用岛津UV-3101PC分光光度计,在其样品室中加入温控装置,改变波片的温度,对80μm,227.5μm,300μm和813.5μm 4个不同厚度的云母波片进行测量,结果发现,当温度升高时,波片的偏光干涉谱整体向短波长方向发生漂移,且温度变化越大,漂移越明显,这是由波片的厚度和双折射率受温度影响而引起的。结果表明,漂移的偏光干涉谱对于研究云母波片具有精确、直观、简单的优点,这为研究云母波片的偏振参量随温度的变化提供了方法。
2009, 33(5): 558-560.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.033
摘要:
为了提高光纤放大器单纤输出功率,设计了一种新型折射率掺镱双包层光纤,纤芯直径30μm,包层直径125μm。采用一种改良的高温气相掺杂技术和改进的化学气相沉积法制作,纤芯折射率分布为凹陷型结构,掺杂区为低折射率区。对光纤的荧光特性、模场特性以及放大特性进行了测试。试验结果表明,该新型折射率分布设计有利于纤芯对抽运光吸收,荧光输出平坦,对光纤进行弯曲处理可实现平坦模场的能量输出,5m光纤实现了40dB 高功率飞秒信号光放大,输出功率30kW。
为了提高光纤放大器单纤输出功率,设计了一种新型折射率掺镱双包层光纤,纤芯直径30μm,包层直径125μm。采用一种改良的高温气相掺杂技术和改进的化学气相沉积法制作,纤芯折射率分布为凹陷型结构,掺杂区为低折射率区。对光纤的荧光特性、模场特性以及放大特性进行了测试。试验结果表明,该新型折射率分布设计有利于纤芯对抽运光吸收,荧光输出平坦,对光纤进行弯曲处理可实现平坦模场的能量输出,5m光纤实现了40dB 高功率飞秒信号光放大,输出功率30kW。
2009, 33(5): 473-477,481.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.05.008
摘要:
综述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术最新进展。介绍了其测量原理和研究现状;阐述了该领域目前的热点研究问题,包括空间分辨率提高、解决多参量测量的交叉敏感问题、消偏振衰落提高测量精度等;比较了各种解决方案的利弊;展望了今后的发展方向。
综述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术最新进展。介绍了其测量原理和研究现状;阐述了该领域目前的热点研究问题,包括空间分辨率提高、解决多参量测量的交叉敏感问题、消偏振衰落提高测量精度等;比较了各种解决方案的利弊;展望了今后的发展方向。
