平面激光诱导荧光是基于片状激光光束, 激发流场中自由基或示踪粒子辐射荧光, 通过对该荧光成像获得流场空间分布信息的一种成像诊断技术。脉冲串激光器是目前能够满足高速平面激光诱导荧光技术对高重频、大能量激光光源需求的有效光源。本文针对应用于高速平面激光诱导荧光成像诊断中的脉冲串激光器进行了综述, 对比了脉冲串激光不同产生方式的特点, 阐述了发展状况, 并对作为高速激光诊断光源的脉冲串激光器的发展前景做了展望。

This paper describes a full waveform sampling LiDAR system applying stripe principle. A kind of denoising method based on edge detection of original stripe signal is proposed. This method is compared with other denoising methods, such as Wiener filtering, mean filtering and median filtering. It is found that the proposed denoising method is much more effective for dealing with the waveform signals.

硫化锌材料是长波红外光学窗口材料优选材料之一.针对化学气相沉积(CVD)和热压成形(HP)两种工艺制备的硫化锌材料, 研究了从室温到600℃的光谱透过率变化现象, 基于二维相关光谱分析技术, 获得了长波吸收区内的声子交互作用.研究结果表明: 在700~1250 cm-1的长波吸收波段, CVD ZnS的声子频率为横向振动模式下(TO)的三次谐波频率和纵向声学模式下(LA)的三次谐波频率；HP ZnS的声子频率分别为3TO、3LA和4LA, 并且在温度作用下的响应顺序依次为3LA、3TO和4LA.两种工艺制备的ZnS杂质振动吸收在温度作用下对2000~1250 cm-1范围内的光谱透过率产生影响, 出现不同程度的透过率增加现象, 由于两者含有杂质的区别, 在高温下CVD ZnS的透过率变化比HP ZnS较为显著.

针对电子束蒸发离子辅助沉积的硫化锌薄膜，研究了550 ℃以下真空热处理对其光学与微结构特性的影响。薄膜光学和微结构特性的测试分析表明: 制备后薄膜为类立方结构的ZnS，在337.5 nm波长处出现临界特性转折点，随着热处理温度的增加，转折波长两侧的消光系数变化规律相反，折射率和物理厚度呈现下降趋势，薄膜的禁带宽度逐渐增加; 在红外波段的薄膜折射率与热处理温度的变化并不显著，在350 ℃下热处理时消光系数出现转折，主要是由晶粒变小的趋势所致; 通过晶相分析，硫化锌薄膜经历了类立方结构到六方结构的转换，与禁带宽度的变化趋势基本一致。分析结果表明，光学特性变化的根本原因是薄膜的微结构特性变化。

Ta2O5薄膜是可见光到近红外波段中重要的高折射率薄膜材料之一。本文针对离子束溅射制备Ta2O5薄膜的光学带隙特性开展了实验研究工作, 基于Cody-Lorentz模型表征了薄膜的光学带隙特性, 重点针对薄膜的禁带宽度和Urbach带尾宽度与制备参数之间的相关性进行研究。研究结果表明: 在置信概率95%以上时, 对Ta2O5薄膜禁带宽度影响的制备参数, 权重大小依次为氧气流量、基板温度、离子束电压; 而对Ta2O5薄膜Urbach带尾宽度影响的制备参数, 权重大小依次为基板温度和氧气流量。对于Ta2O5薄膜在超低损耗激光薄膜和高损伤阈值激光薄膜领域内应用, 本文的研究结果给出了同步提高薄膜的禁带宽度和降低带尾宽度的重要工艺参数选择方法。

石英增强光声光谱技术(QEPAS)出现时间较晚, 是一种较为新颖的痕量气体探测手段, 本文以大气中的水汽作为测量目标, 开展对基于QEPAS技术的痕量气体探测系统的研究。 理论上, 首先对激光器波长调制及信号谐波探测的原理进行了分析, 得到了可用于气体浓度信号反演及激光器波长锁定的实现方案, 并讨论了可用于高灵敏度气体探测的吸收谱线的选择原则。 实验中, 以输出波长为1.39 μm的连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源, 采用激光器波长调制和2次谐波探测技术, 首先研究了激光波长调制深度对QEPAS系统产生的信号幅度的影响, 接下来对声波探测系统中微共振腔强声波增强特性进行了研究。 QEPAS系统经过优化后, 获得了5.9 ppm的探测极限, 同时对不同浓度的水汽进行了测量, 实验数据线性拟合后, 得到R-Square为0.98, 证明了此QEPAS系统具有良好的线性响应度。 最后, 运用基于3次谐波探测的激光器波长锁定技术, 对大气中的水汽变化进行了长达12 h的连续测量, 实验结果表明, 该系统性能稳定, 具有良好的连续测量能力, 可广泛应用于其他痕量气体的高灵敏度连续在线测量的研究上。

针对固体介质间隔层的镀膜标准具, 以1 064 nm激光镀膜标准具为例, 首先研究了反射膜堆数对反射带宽、基底厚度以及对自由光谱区的影响: 标准具的带宽随着膜层堆数增加而减小, 自由光谱区随着基板厚度的增加而减小;其次研究了基底误差对标准具中心波长定位和透过率的影响, 通过定量数值计算证明了基底误差可通过标准具的使用角度补偿;针对典型的H(LH)m/Substrate/(HL)mH和L(LH)m/Substrate/(HL)mL两个膜系结构, 研究了入射激光发散角对标准具中心波长偏移、通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率的影响。随着激光发散角的增加, 中心波长向短波方向移动, 通带半宽度、中心波长透过率和最大透过率呈现下降的趋势, 并且第二个膜系结构的标准具性能优于第一个膜系结构的标准具。

利用离子束溅射沉积技术制备了Ta2O5薄膜,在100~600 ℃的大气氛围中对其进行热处理(步进温度为100 ℃),并对热处理后样品的光学常数(折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度)、应力、晶向和表面形貌进行了研究。研究显示,随着热处理温度增加,薄膜折射率整体呈下降趋势,折射率非均匀性和物理厚度呈增加趋势,结果有效地改善了薄膜的消光系数和应力,但薄膜的晶向和表面形貌均未出现明显的变化。结果表明：热处理可以有效改变薄膜特性,但需要根据Ta2O5薄膜具体应用综合选择最优的热处理温度。本文对离子束溅射Ta2O5薄膜的热处理参数选择具有指导意义。

在碘蒸气中研究了染料激光稳定性对简并四波混频(DFWM)信噪比的影响。 实验中采用多模Nd∶YAG激光器倍频的输出泵浦染料激光器(染料PM580溶于酒精)。 在具有前向补偿分光系统和图像探测系统的帮助下, 在常温常压条件下测得泵浦光在波长为554.013 nm时达到饱和光强为290 μJ。 同时发现染料激光器的光稳定性(输出波长范围, 光束质量和能量转换效率等)随使用时间, 泵浦激光脉冲次数和能量的增加而逐渐减弱。 另外通过对比发现在染料激光器输出不稳定时, 光源单色性和指向性等指标的变化导致在同一泵浦强度不同时刻获得的DFWM信号强度相差很大, 且DFWM信号信噪比低。 染料激光器光源稳定性对DFWM信号影响的研究结果对物质的痕迹量探测以及无荧光物质光谱定标等方面的应用具有重要意义。

利用非线性光学相位共辄技术,补偿大气给激光波前带来的畸变,对运动目标进行跟踪瞄准,在激光系统与目标之间建立闭环联系。实验上利用受激布里渊散射相位共轭技术,在室内18 m处模拟了对运动目标进行跟踪瞄准的原理性实验,实验结果表明共轭跟瞄光能量能较好地集中于一个很小的区域内,而不象信号光那样发散为一片。