1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
在激光加工等领域常利用光纤激光的聚焦以获得高功率密度的光斑。为了分析阶跃光纤混合模的聚焦特性，基于广义惠更斯-菲涅耳衍射公式，数值计算了阶跃光纤中基模（LP01）与高阶线偏振模在非相干叠加和相干叠加两种情况下的聚焦光强分布。仿真分析了混合模相对于单一LP01模式的聚焦特性，研究了其聚焦光斑的平均功率密度、焦点偏移随模式占比、模式间相位差的变化规律。研究表明：当混合模非相干叠加时，随着基模占比的增加，聚焦光斑功率密度随之增加且焦点偏移减小；当混合模相干叠加时，基模占比及模间相位差都会影响聚焦效果，可以通过合理控制基模占比和模间相位差，达到聚焦光斑功率密度高于基模的聚焦光斑功率密度、减小混合模焦点偏移的目的。
光纤光学 光纤激光 混合模 平均功率密度 焦点偏移 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1706002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
针对千瓦级的连续激光和连续/调制脉冲复合激光辐照SUS304不锈钢靶，建立了烧蚀与相变的仿真模型，计算了钢靶在复合激光和连续激光辐照下的温升曲线以及相变分布，并进行了实验验证。采用动网格方法描述了钢靶的烧蚀过程，得到了钢靶的烧蚀与相变深度随时间的变化曲线。将上述仿真结果与实验结果进行对比，二者在温升、相变分布与烧蚀方面吻合较好。根据仿真和实验结果可知，钢靶在上述激光辐照下发生穿孔的方式按能量密度的高低分为汽化穿孔和熔融穿孔两种方式。在输出功率相同的情况下，对厚度为20 mm的钢靶进行辐照，相比于3.4 kW连续激光辐照，2.55 kW/0.85 kW复合激光辐照下的烧穿时间缩短41%；在烧蚀过程中，质量迁移方式为熔融和汽化冲压，且有明显的熔融物喷溅现象，这对激光辐照下的钢靶温升和相变烧蚀过程形成了一定程度的正反馈。
激光光学 激光辐照 钢靶 相变 烧蚀 数值仿真 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1114003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 96901部队，北京 100094
激光多普勒雷达实际测得的振动信号绝大多数都是时变信号，而基于傅立叶变换的时频分析方法是处理时变信号的有利工具。本文针对激光多普勒雷达测得的实际振动信号，比较了魏格纳-维利分布、平滑伪魏格纳-维利分布、频谱图、波恩-约旦分布和扩展修正B分布5种形式的时频分析性能。利用激光多普勒雷达测量实际单音响产生的啁啾信号振动、双音响产生的二分量啁啾信号振动、以及成年男性心跳振动3种振动，分析了时频图的分辨率和交叉项抑制情况，并通过计算时频聚集度指数，比较了5种分布情况下振动的分析性能。实验证明，扩展修正B分布的性能优于其他4种时频分布，扩展修正B分布更适合应用于激光多普勒雷达材料共振频率探测和心跳检测领域。
时频分析 激光多普勒测量 扩展修正B分布 time-frequency analysis laser doppler measurement extended modified B distribution
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间光学研究二部，吉林 长春 130033
光纤激光相干合成是获得高功率高光束质量输出较为有效的途径，而湍流大气是制约其应用与发展的关键因素之一。本文重点研究了大气格林伍德频率对基于随机并行梯度下降算法（SPGD）相干合成系统校正效果的影响。首先，在静态大气条件下，分析了不同湍流强度对相干合成系统校正效果的影响；然后，利用数值计算生成一组旋转的符合Kolmogorov统计规律的相位屏模拟湍流大气，对在不同大气格林伍德频率下相干合成系统的校正效果进行研究；最后，搭建两路光纤激光相干合成实验平台，进行实验验证。仿真和实验结果表明，在系统的控制算法迭代频率（350 Hz）一定时，随着大气格林伍德频率的增加，湍流大气对光束的相位和光强的扰动加剧，使得相干合成系统的合成效果变得越来越差。
相干合成 SPGD算法 湍流大气 相位屏 coherent beam combining SPGD algorithm turbulent atmosphere phase screen
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了明确超快激光损伤典型成像探测器膜层结构的物理机制, 对飞秒脉冲激光辐照硅基多层膜的损伤特性, 以及各种损伤效应对应的激光能量通量范围和阈值条件进行研究。利用波长为800 nm、脉冲宽度为100 fs的脉冲激光和金相显微镜研究了硅基多层膜在不同激光能量通量和不同脉冲累积下的损伤效应。在能量通量为101~247 J/cm2的激光单脉冲辐照下, 激光作用区域可观察到氧化/无定形化、非热烧蚀和激光诱导等离子体烧蚀所引起的表面损伤, 其损伤效应与激光能量通量有明显联系, 激光作用区域尺寸随能量通量线性增大。在242 J/cm2到247 J/cm2激光能量通量范围内, 可在辐照表面观察到激光诱导压力导致的多层损伤, 损伤概率随激光能量通量的增加由1%增大到51%。在激光能量通量为101 J/cm2的连续多脉冲辐照下, 烧蚀区域尺寸几乎不变, 但烧蚀深度逐渐增加, 其多层损伤机制为表面损伤的累积效应。通过单脉冲损伤实验数据拟合计算确定, 飞秒激光诱导硅基多层膜表面损伤阈值为0543 J/cm2, 应力多层损伤阈值为216 J/cm2。低激光能量通量(≤101 J/cm2)多脉冲辐照累积作用同样可造成硅基多层膜深层损伤。
激光烧蚀 激光损伤 硅基多层膜 损伤阈值 laser ablation laser damage Si-based multi-layer film damage threshold
Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A 1550 nm all-fiber pulsed laser Doppler vibrometer (LDV) based on time-domain chopping techniques is developed to overcome demodulation failures caused by multipath interference. The system adopts an adjustable configuration on pulse duration and pulse repetition frequency according to the distance. An experiment is carried out at a 25 m standoff with pulse duration of 80 ns, single pulse energy of 0.4 nJ, and pulse repetition frequency of 1 MHz. A waveform and spectrogram of the demodulated voice show that the pulsed LDV system has a good performance in long-range voice listening.
120.7280 Vibration analysis 280.3340 Laser Doppler velocimetry 040.2840 Heterodyne Chinese Optics Letters
2019, 17(5): 051201
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
以远程脉冲激光外差探测系统为模型,推导了系统的信号与噪声的表达式,给出了脉冲激光外差探测系统匹配滤波算法流程,对匹配滤波技术在中程导弹与国际空间站目标探测中的详细应用过程进行了仿真,分析了目标距离、散射截面面积、数字采样率对探测能力的影响。仿真结果表明:在100 MHz采样率的数字处理能力下,分别用蒙特卡罗法仿真了500次匹配滤波过程,对于散射截面面积为5 m
2、距离为100 km的中程导弹,回波信号载噪比为3.29 dB,匹配滤波后信号载噪比为25.13 dB,信号强度增强了152倍,距离精度为27 m,速度精度为0.17 m/s;对于散射截面面积为100 m
2、距离为500 km的国际空间站,回波信号载噪比为-6.12 dB,匹配滤波后信号载噪比为18.49 dB,信号强度增强了289倍,距离精度为117 m,速度精度为2.1 m/s。目标距离越小,散射截面面积越大,数字采样率越高,匹配滤波提取增强信号的能力越强。
遥感 脉冲激光 外差探测 匹配滤波 蒙特卡罗 载噪比
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳 471003
传统激光相干探测系统中, 一般采用单频激光作为发射源, 实现目标测量或跟踪; 而在国外典型应用中, 采用锁模脉冲串与相干接收方式融合, 可实现目标距离-多普勒成像（简称R-D成像)。因此, 此文重点针对基于锁模CO2激光的R-D成像展开仿真分析。首先建立锁模脉冲串激光模型; 其次对频谱混叠进行展开, 并结合自旋运动中的目标模型开展回波信号的匹配滤波处理; 最后通过相应FFT和IFFT运算, 可获得目标的R-D图像, 并给出含有噪声情况下、自旋目标在不同转动角速度以及不同脉冲回波相叠加所获的成像质量改善的R-D图。经过相应仿真分析可知, 采用基于锁模脉冲串的成像方法, 可利用一个大脉冲获得一幅目标R-D图, 可作为弹道目标诱饵识别的“运动指纹”特征。
相干探测 锁模激光 R-D成像 运动指纹 coherent detection mode-locked laser R-D imaging motion fingerprint 红外与激光工程
2018, 47(8): 0830004
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
3 中国科学院大学，北京 100049
为了获得TEA CO2激光器高质量的单纵模输出，对种子注入锁定的TEA CO2激光器进行了研究。首先，本文提出了一种透射耦合输出的虚共焦非稳谐振腔方案，利用Glad软件的Prony法对腔模的演化进行了仿真分析，并实验记录了近场与远场的光斑光强分布。仿真结果与实验结果吻合，验证了此腔型方案的合理性。其次，在此腔型的基础上进行了腔外种子注入锁定实验，实验结果显示：自由振荡时存在频率为195 MHz的拍信号，当种子注入锁定成功后，输出激光拍频消失,波形变光滑,峰值功率降低48.6%,脉冲产生时间缩短20 ns。实验结果与已有成果吻合，验证了此种透射式非稳腔的TEA CO2激光器具有输出高质量单纵模的能力。
TEA CO2激光器 非稳谐振腔 注入锁定 单纵模 TEA CO2 lasers unstable resonator injection-locked single longitudinal mode
