长波红外量子级联激光器（QCL）具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率（1~3 W）是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤，使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点，设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜，有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束，光纤传输效率高达91.2%，实现了7.6~7.8 μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时，采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出，总合束效率为66%。此外，测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M²为1.2，光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光，说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6，依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感，且具有良好的可扩展性。实验结果表明，此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。

长波红外波段的激光在大气中能够低损耗传输,这就使得长波红外激光具有广泛应用的天然优势,其中长波红外激光可用作红外光电对抗光源,特别是随着长波红外探测器的发展,其对相应波段的对抗光源的需求与日俱增。为此设计并搭建波长为2.05 μm Ho∶YLF激光来泵浦长波CdSe光参量振荡器的实验装置,该装置可以输出峰值波长为12.5 μm的高重频长波红外激光。激光器在重复频率5 kHz情况下的平均功率最高达526 mW,Ho∶YLF激光到长波激光的光光转换效率为1.46%,斜效率为23.4%,激光单脉冲宽度为24.4 ns,单脉冲能量为0.1 mJ,单脉冲峰值功率为4.3 kW,X方向的光束质量因子为4.3,Y方向的光束质量因子为3.2。

以2.05μm Ho∶YLF激光器作为光源,泵浦了长波ZnGeP2 光参量振荡器,实现了高效率、高重复频率的长波激光输出。激光器输出的峰值波长为8.1μm,最大输出功率为3.2W@10kHz,泵浦激光到长波激光的光光转换效率为12%,斜效率为19.3%,激光单脉冲宽度为27.11ns,单脉冲能量为0.32mJ,单脉冲峰值功率为11.8kW,X方向的光束质量因子为4.5,Y方向的光束质量因子为4.2。

CN自由基在生命形成过程中起着重要作用。在早期行星大气中, CN的生成与氮气(N2)和甲 烷(CH4)有密切关系。以土卫六大气成分为参考,利用CH4和N2的混合气体模拟早期大气环境,并对模拟大气进行辉光放电产生CN 自由基,通过测量CN自由基的吸收光谱研究了CH4、N2比例和土卫六大气中的痕量气体对CN生成的影响。在N2和 CH4混合气体的低压辉光放电中,当CH4气压占总气压的20%左右时, CN自由基的生成浓度最大。保持N2和CH4气压配比不变而 改变总气压时,起初CN自由基浓度随总气压增加而增加;当总气压超过60 Pa时, CN自由基浓度随着总气压的增加趋缓;而当总气压大于90 Pa时, CN浓度随着总气压的增加缓慢减少。在给定气压和CH4-N2浓度配比条件下, CN自由基的浓度都随放电电流增加而增大。土卫六大气中存 在痕量水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO), 在N2和CH4混合气体放电过程中加入少量这些气体都会抑制CN自由基的生成。

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置, 采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质, 使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦, 当增益介质冷却温度为20 ℃, LD总泵浦功率为301.4 W时, 获得了最高109.5 W的1.94 μm波长线偏振激光输出, 光-光转换效率约为36.3%, 斜率效率约为45.8%, 在此输出功率条件下测得光束质量M2因子为3.8。

非稳腔在大菲涅耳数条件下可实现光的高效提取效率, 也可保持高光束质量。设计了一款用于Nd∶YAG板条增益介质的传导冷却端面抽运结构的望远镜型离轴介稳-非稳混合谐振腔, 输出耦合镜为变反镜。该混合腔的宽度方向(板条增益介质的x方向)为非稳腔, 厚度方向(板条增益介质的y方向)为介稳腔。通过理论分析得出, 当抽运功率为10 kW时, 该介稳-非稳混合腔结构的输出功率为4428.7 W, 光-光转换效率为0.4429。

基于导频辅助法,对相干光正交频分复用系统中采样时钟频率偏差进行估计和补偿, 并研究了导频的插入位置对该算法补偿效果的影响, 通过对五种不同的导频插入位置进行分析和比较, 得到最优导频插入位置.仿真结果表明: 本文算法即使在较大的频率偏移情况下也有较好的补偿效果, 并且采用该方法得到的光信噪比损耗不到1 dB, 可以有效地降低系统成本;不同导频插入位置对算法的补偿效果会产生影响, 在较小采样频率偏移范围内时, 导频平均插入方式为最优.如果采样频率偏移量较大, 在导频平均插入不能很好地补偿的情况下,导频应尽量插在低频位置.

以高介电常数介质为基底，利用辐射贴片开槽和微带馈电技术，设计了一款尺寸仅为16mm×12.45mm的小型微带天线。通过在此天线微带贴片周围加载高阻抗表面型光子晶体，有效抑制了表面波，改善了以高介电常数介质为基底的贴片天线的性能，实现了一款多频小型化PBG天线。HFSS仿真结果表明，加载高阻抗表面结构后的微带天线出现了三个谐振频点，分别为2.74、2.86和3.80GHz，其对应的增益分别达到6.02、8.38和5.69dB。所设计的光子晶体天线物理尺寸较小，方向性良好且具有多频特性，因此可为实际通信天线的应用提供参考。