为了研制温度稳定性满足中高精度光纤陀螺仪中超荧光光源使用要求的掺铒光纤，采用螯合物气相沉积法制备了Al-Er共掺和Al-Ge-Er共掺两种掺铒光纤。同时对两种光纤的吸收系数和本底损耗进行了测试研究，并搭建超荧光光源测试平台，对Al-Ge-Er共掺光纤的温度稳定性进行了实验验证。结果表明，在制备光纤时通入等量的铒的螯合物，Al-Er共掺光纤具有更高的吸收系数，但本底损耗较高; 两种光纤在1530 nm的吸收系数分别为35.6 dB/m和20.0 dB/m，在1200 nm的本底损耗为31.7 dB/km和6.3 dB/km; 在-45.0 ℃~70.0 ℃变温范围内，Al-Ge-Er共掺光纤的自发辐射光谱在中心波长为1560.84 nm，10.51 nm带宽的平均波长变化约为6.52×10-7 nm/℃，该光纤可满足高精度光纤陀螺的超荧光光源使用要求。该研究为掺铒光纤的研制提供了参考。

针对已知起点和终点、而环境信息未知情况下的探索航迹规划问题, 提出了融合生物信息素的改进稀疏A*无人机探索航迹规划算法。以激光雷达获取的局部地图信息为基础, 通过引入生物信息素, 对稀疏A*算法中的代价函数进行优化, 实现未知环境下自主规避障碍物, 并避免环境重复探索。在此基础上, 提出了基于机器人操作系统(ROS)的物理实施途径。通过“回”字形场景下的仿真实验对比, 验证了所提算法可避免环境重复探索的有效性。此外, 在“回”字形基础上, 将所提算法推广应用于柱状障碍物场景。实验结果表明: 所提出的融合生物信息素的改进稀疏A*探索航迹规划算法能有效实现未知环境探索航迹规划。

针对现有人工势场法在遇到部分典型连续型障碍(U型、L型、一字型等)时, 容易陷入局部最小值且无法逃离的问题, 借鉴电势场的数学模型, 在现有的人工势场法中加入了模拟等势线的概念, 重新定义了典型连续型障碍物的斥力场函数, 提出了基于模拟等势线的改进人工势场法, 有效解决了逃离局部最小值的问题, 并将该方法应用于无人机的航迹规划。通过仿真实验验证了改进算法的合理性, 在保障人工势场法速度快、实现简单等优点的同时, 解决了人工势场法在无人机面对连续型障碍时规划航迹存在不可行的问题。

利用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术制备了高光束质量的25/400 μm双包层掺镱光纤。石英纤芯的掺杂组分为Yb2O3、Al2O3、P2O5,Al2O3有助于降低Yb3+团簇, 增加Yb3+掺杂浓度, P2O5起到降低光子暗化效应的作用。纤芯-包层折射率差为0.001 2, 纤芯的数值孔径为0.06。976 nm波长处的包层吸收系数为2.1 dB/m。构建双向抽运方式的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤性能进行测试。实验中, 1 080 nm种子光功率为235 W, 在抽运光总功率为3 706 W时, 实现了最大功率3 243 W激光输出, 斜效率为81.1%, 光束质量因子β为1.7, 未发生受激拉曼散射现象。光纤激光器连续工作1 h, 输出功率未见明显变化。采用相同测试方法及平台对25/400 μm型号的进口光纤进行测试, 对比实验结果表明: 实验中制备的双包层掺镱光纤主要性能指标已接近进口光纤。

采用化学气相沉积结合气相/液相复合掺杂方式制备30/600 μm掺镱双包层光纤, 石英纤芯中的掺杂组分为Yb2O3, Al2O3, P2O5。基于976 nm发光二极管反向抽运方式, 构建全光纤化的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤进行测试。实验中, 种子源功率为189 W, 当泵浦总功率为4747 W时, 激光输出功率为4120 W, 放大级光光效率为85%, 3 dB带宽为1.6 nm。激光器连续工作1 h, 激光功率稳定在4100 W, 未发生明显的功率衰退现象。

考虑光子晶体中场局域效应, 在等效介质理论的基础上利用场平均法得到二维三角格光子晶体的等效折射率.该折射率与平面波展开法得到的结果非常吻合.考虑慢光效应对非线性效应的增强, 引入慢光增强因子得到该光子晶体的等效非线性折射率系数.该光子晶体的等效非线性折射率系数表现出强烈的色散效应, 即随归一化频率的增加而逐渐减小, 达到最小值后迅速递增, 体现了场局域效应和慢光效应对光子晶体中非线性效应的共同作用.本文研究对利用人工微结构调控光学非线性效应具有一定参考价值.

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。

以单模1064 nm 激光二极管(LD)光纤级联放大构成的全光纤化模块为种子光源, 以国产大模场面积(LMA)双包层掺镱光纤为放大器, 构成了高重复频率纳秒脉冲主振荡功率放大(MOPA)系统。实现了平均功率为59 W的脉冲放大激光输出, 中心波长1064 nm, 脉冲宽度22.7 ns(重复频率50 kHz时), 重复频率50～150 kHz连续可调。实验研究了激光脉冲的时域和光谱特性, 分析了光纤功率放大对激光脉冲波形的影响。

利用主振荡-功率放大（MOPA）技术,实验研究了两级级联、全光纤结构的窄线宽连续激光放大器。其中,以20dB光谱线宽0.078nm的窄线光纤激光器为信号光源,两个放大级中分别采用光纤侧面耦合器,（6＋1）×1光纤合束器实现抽运光功率的耦合,以及使用1053nm单模纤芯的双包层掺镱光纤、大模场面积的掺镱双包层光纤作为增益光纤。在全光纤结构放大器中,对第二级放大级中（6＋1）×1抽运光注入端的反向传输光的光谱和功率进行了监测和分析。通过优化增益光纤的长度,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡。在窄线宽激光放大过程中实现了中心波长1053 nm,总放大增益27.6 dB,功率16.09 W的稳定激光输出,没有发现受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应。

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数：峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18～300 ns,重复频率为5～20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。