1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
4 陆军装甲兵学院士官学校，吉林 长春 130000
常规成像系统的焦平面结构决定其具有极高的光学增益和有限的焦深范围，导致系统高成像质量与弱激光防护能力的矛盾性问题。波前编码成像技术具有大焦深特点和光场调控作用，通过像面离焦能够在保证成像质量的前提下有效提升系统的激光防护性能。研究波前编码成像系统成像质量和激光防护性能的权衡问题，分析系统激光防护性能的极限至关重要。以反正弦型相位掩膜板为例，分别建立离焦波前编码成像系统的成像模型和激光传输模型，研究系统的成像质量和激光防护性能随离焦参数的变化规律。通过解耦方式将系统的成像质量作为基本约束条件，引入定量评价指标得到系统允许的最大离焦参数为9.70λ（λ为波长），并在此基础上评估系统的极限激光防护性能。结果表明，在该条件下系统的最大单像素接收功率的降幅达到96.37%，回波探测器接收功率降至0.217‰，成像系统的抗激光损伤和反激光主动探测性能分别提升一个和三个数量级以上。
波前编码 成像系统 激光防护 成像质量 光学学报
2024, 44(10): 1026026
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230192
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
3 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
在碳中和的国际大背景下, 精确可靠地定量测量大气温室气体浓度对实现碳中和目标具有重要意义, 开发测量结果可直接溯源至国际单位制SI的气体分析仪是精确可靠监测温室气体浓度的重要方法。 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是常用的气体浓度测量方法, 根据比尔-朗伯定律, 实现仪器的测量浓度直接溯源至SI的必要条件之一是可直接溯源的气池光程, 气池光程的不确定度直接影响气体浓度的测量不确定度, 对气池光程的可溯源精确测量有利于发展测量结果可直接溯源的气体分析仪。 针对光程标称为81 cm的三次反射型气池光程可溯源测量需求, 使用校准的米尺测量该气池光程得到的直接测量结果为(81.21±0.80) cm, 较大的测量不确定度(0.80 cm)是综合考虑定位误差和三段光路与测量路径可能不重合导致的测量误差估算得到的。 为了减小测量不确定度, 本文搭建了TDLAS气池光程测量系统, 测量系统以1 576 nm分布式反馈激光器为光源, 通过在激光控制器上加载斜坡扫描电压来测量待测气池内标准高纯二氧化碳(CO2, 99.999%)在6 344.68 cm-1附近的吸收光谱, 使用测量结果可直接溯源的压力传感器和温度传感器分别测量气池内的压强和气体温度, 采用美国国家标准技术局最新测量得到的30012-00001跃迁带P 4e支线强(相对标准不确定度为0.15%)反演气池光程, 使用二次速度依赖Voigt线型精确拟合不同气压(36~75 Torr)下的光谱吸光度信号获得对应气压的积分吸光度, 全面分析各参量的测量不确定度及其传递过程, 对不同气压下的积分吸光度进行线性回归分析, 计算得到可直接溯源的气池光程为(81.61±0.42) cm, 相对标准不确定度为0.51%, 测量不确定度范围落在直接测量结果范围内, 测量不确定度小于直接测量结果。 本文气池的光路结构是多次反射长光程气池的简化, 该系统同样适用于多次反射长光程气池光程的可溯源测量。
激光吸收光谱 可溯源 不确定度 光程测量 Laser absorption spectroscopy TDLAS Traceability Uncertainty Optical path length measurement TDLAS 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3461
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, National University of Defense Technology, Hefei 230037, China
2 Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, Hefei 230037, China
3 Key Laboratory of Functional Crystals and Laser Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
4 School of Mechanics and Photoelectric Physics, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China
The linewidth of the (BGSe) optical parametric oscillator (OPO) was narrowed for the first time, to the best of our knowledge, by inserting a Fabry–Perot (FP) etalon into an L-shaped cavity. When a 15 mm long BGSe (56.3°, 0°) was pumped by a 1064 nm laser, the peak wavelength was , and the linewidth was 4.53 nm () under type I phase matching. After inserting a 350 µm thick FP etalon, the linewidth was decreased to 1.27–2.05 nm. When the tilt angle of the etalon was 2.34°, the linewidth was 2.05 nm (), and the peak wavelength was still . When the tilt angle of the etalon was 3.90°, the peak wavelength was 3534.9 nm, and the linewidth was 1.27 nm (), which was the narrowest linewidth of a BGSe OPO, to the best of our knowledge. The beam quality was also improved after inserting the FP etalon.
optical parametric oscillation narrow linewidth BaGa4Se7 Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 041901
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 国防科技大学先进激光技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
激光诱导表面周期性结构（LIPSS）是固体材料的一种普遍特性。材料表面的LIPSS可以改变材料的性质，利用这些特性可以实现许多特殊功能。本文总结近年来关于LIPSS的代表性文章，首先以激光作用下表面能量排布和物质流动方式作为切入点，从理论上解释LIPSS的形成原理；然后阐述薄膜表面与刻蚀材料表面上形成LIPSS的研究工作，以及激光参数对形成LIPSS的影响；最后介绍LIPSS在现代工业中，如制备特殊晶体、超亲水/疏水材料和医学材料等方面的应用情况。本文从以上三个方面对近年来LIPSS相关领域的研究进行了梳理和归纳，对LIPSS相关技术在未来的发展进行展望。
材料 激光损伤 激光诱导表面周期性结构 激光加工 纳米图形制造 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0700007
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 国防科技大学先进激光技术安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230037
金属铜在中红外波段的发射率极低,所以铜薄膜是一种性能优异且对抗被动式中红外热探测器隐身的材料,而在铜薄膜表面使用激光诱导表面周期性结构(LIPSS)可以显著提高其在中红外波段的发射率。首先使用双温方程模型模拟LIPSS形成过程中材料软化的过程,然后使用波长为1064 nm的偏振脉冲激光在融石英基底上的铜薄膜表面诱导产生周期为波长量级的LIPSS,最后基于实验产生的铜薄膜LIPSS搭建仿真模型并对其在近红外和中红外波段的发射率进行分析。模拟结果表明,铜薄膜LIPSS的产生可以显著提高其在中红外波段的发射率,该方法可以实现铜薄膜对被动式中红外热探测器的隐身。
激光光学 激光损伤 激光诱导表面周期性结构 中红外激光 发射率 反隐身
1 国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
对3.5 μm KTiOAsO4光参量振荡器(KTA-OPO)的温度调谐性能进行研究,仿真计算不同温度下KTA的相位匹配曲线,以及光束与z轴的夹角θ与调谐斜率的对应关系。仿真结果表明,随着θ值的增大,闲频光的峰值波长呈单调递增的趋势,调谐斜率呈单调递减的趋势,且I类相位匹配的调谐斜率普遍大于II类。对于非临界相位匹配(NCPM)KTA-OPO,对其温度调谐性能进行理论和实验研究。实验结果表明,当温度从30 ℃升高到180 ℃时,在II类相位匹配的条件下,闲频光的峰值波长从3463 nm移动到3474 nm,调谐斜率为0.073 nm/℃,理论上的调谐斜率为0.077 nm/℃,实验与理论计算结果相符,说明非临界相位匹配KTA-OPO在不同温度下的中红外闲频光输出波长受到温度的影响小,环境适应性强。
激光器 3.5 μm激光; 光参量振荡器 KTiOAsO4晶体 温度调谐
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, National University of Defense Technology, Hefei 230037, China
2 Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, Hefei 230037, China
3 Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
The temperature tuning of (BGSe) was demonstrated for the first time, to the best of our knowledge. When the temperature of BGSe (56.3°,0°) was raised from 30°C to 140°C, the idler light under type I raised from 3637 nm to 3989 nm, the tunable range reached 352 nm, and reached 3.20 nm/°C. We calculated the phase matching curve of BGSe when and took different values. The relationship between and was obtained by fixing at 0°. The maximum and its corresponding () phase matching type were reported under different fixed .
temperature tuning BaGa4Se7 optical parametric oscillator Chinese Optics Letters
2021, 19(2): 021901
国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
鉴于常规成像系统激光防御性能与成像质量之间的矛盾, 设计了一种基于像面离焦的波前编码系统, 分别围绕该技术反激光侦察与抗致盲的机理和效能开展了相关研究工作。首先利用菲涅尔-基尔霍夫衍射理论, 建立了像面离焦波前编码成像系统激光传输模型; 基于该模型, 评估对比了系统各平面的光场分布特征与激光防御性能, 并进一步研究了系统参数的优化规律。结果表明, 对比常规成像系统, 离焦波前编码系统能在保持较好成像质量的同时, 将回波探测器接收功率与像面最大单像素入射功率分别降低两个和一个量级以上, 大幅提升了系统的反激光侦察与抗致盲性能。
傅里叶光学 猫眼效应 激光防御 波前编码 Fourier optics retroreflection laser defense wavefront coding
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 中国科学院理化技术研究所，北京 100190
BaGa4Se7(硒镓钡，简称BGSe)与KTiOAsO4(砷酸氧钛钾，简称KTA)均可在1.06 μm激光泵浦下产生中红外激光。首先仿真计算出两种非线性晶体的相位匹配曲线，结果显示：切割角为(56.3°, 0°)的BGSe晶体在I类相位匹配条件下和切割角为(90°, 0°)的KTA在II-A类相位匹配条件下均可产生~3.5 μm的闲频光。然后理论计算出BGSe (56.3°, 0°, I类)的有效非线性系数为-11.9 pm/V，KTA(90°, 0°，II-A类)的有效非线性系数为-3.2 pm/V；在其他条件相同的情况下，15 mm长BGSe (56.3°, 0°, I类) 的OPO振荡阈值是20 mm长KTA (90°, 0°, II-A类) OPO振荡阈值的35.11%。最后通过实验验证BGSe (56.3°, 0°, I类, 15 mm) 的振荡阈值小于KTA(90°, 0°, II-A类, 20 mm)，输出的中红外激光能量大于KTA。因此，BGSe是一种极具应用前景的中红外非线性晶体。
光参量振荡 中红外激光 BaGa4Se7 BaGa4Se7 KTiOAsO4 KTiOAsO4 optical parametric oscillation mid-infrared laser 红外与激光工程
2020, 49(6): 20190423
