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
1 华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206
2 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
利用蒙特卡罗方法对早期核辐射场景下的舰船舱室屏蔽特性进行研究。使用早期伽马辐射作为辐射源，测定了舰船主体常用的HSLA-80、5456Al及FDCL-3B三种材料的质量衰减系数，并根据舰船的几何结构建立了模拟舱室模型，采用高斯展宽方法对探测器的能谱拟合处理，得到了伽马辐射下舱室内部NaI探测器的吸收能谱，并与文献中的实验结果进行了对比，验证了计算模型和计算结果的可靠性。在此基础上，以伽马防护系数为评价指标，考虑放射性同位素（单能点源）和早期伽马辐射（具有能量分布的面源）两种场景，计算分析了模拟舱室伽马辐射屏蔽的空间分布特性，结果表明：模拟舱室对不同放射性同位素的防护系数是不同的，最多可相差6.74倍（Cd-109与Cs-137）；舱室不同位置的防护系数不同。舱室前端的伽马辐射剂量较大，而角落的伽马辐射剂量较小，相差35%；防护系数与伽马辐照的入射角度有关。与正入射相比，模拟舱室对斜45°入射的伽马辐射防护系数更高，可提升43%。
质量衰减系数 船舶舱室 伽马辐射 伽马防护系数 mass attenuation coefficient ship cabin gamma radiation gamma protection factor 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043029
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528437
3 深圳市杰普特光电股份有限公司，广东 深圳 518110
针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题，设计了一种光斑可调的信号合束器，首次以50 μm/70 μm/600 μm/620 μm/660 μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤，基于光束非相干合成技术，通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真，分析了其模场变化情况，设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则，调控拉锥比（）使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25 μm/250 μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束，再将其与输出光纤进行熔接，制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%，中心光束质量因子（M2）仅为1.76，此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试，合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中，通过调节中心和外环激光功率，可以在任何温度环境下实现超高速焊接，为激光复合焊接提供了一种新途径。
激光器 光纤合束器 熔锥光纤束（TFB） 传输效率 光束质量 环境可靠性
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光场分布，解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明：新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流，特别是输出功率较传统结构提高了近56%，且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。
激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 光场分布 光束质量
中国船舶集团有限公司第七一八研究所, 河北 邯郸 056027
针对高能激光器出光过程中出现的大量离焦和0°像散低阶像差现象，提出了基于哈特曼波前传感器和二维整形光路的XY离焦像差校正方法。首先，通过对Zernike多项式的离焦项和0°像散项进行线性组合得到XY离焦像差的表达式，该XY离焦像差系数的大小可直接表征X离焦和Y离焦的波前PV值。同时，通过微调高能激光器中二维整形光路中的镜子间距，可实现激光器输出光束XY离焦波面的补偿。因此，首先利用哈特曼波前传感器提取出光束的XY离焦像差系数大小，而后再根据XY离焦像差系数的大小实时闭环微调二维整形光路中的镜子间距，从而实现XY离焦像差的校正，改善输出光束的光束质量。实验结果表明，该方法可有效地将高能激光器输出光束XY离焦量的PV值由5.2 μm和1.1 μm校正到0.5 μm以下，相应的光束质量β因子由3.1降到1.8，光束质量得到明显改善。
高能激光 光束质量 像差校正 光束整形 矩阵光学 high energy laser beam quality aberration correction beam shaping matrix optics
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
针对太赫兹扫描成像设备存在的图像清晰度差、边缘模糊等问题，提出了一种基于生成对抗网络的太赫兹图像超分辨率重建算法。首先，在处理太赫兹图像时引入限制对比度自适应直方图均衡方法，有效解决了太赫兹图像对比度低的问题；其次，在生成对抗网络的基础上，提出了一种基于增强注意力机制的残差生成对抗网络，实现了太赫兹扫描图像的超分辨率重建，提升了图像纹理和细节的重建能力；最后利用频谱归一化的U-net网络对生成器生成的重建图像进行判别，增强了训练的稳定性。实验结果表明，提出的太赫兹图像超分辨率重建算法将太赫兹线阵相机所成太赫兹图像的边缘强度提高了7%，峰值信噪比提高了13%，平均梯度提高了12%，结构相似度提高了14%，验证了该算法的优越性和有效性。
太赫兹技术 太赫兹线阵相机 太赫兹图像 超分辨率重建 生成对抗网络 图像质量评价
1 苏州科技大学物理科学与技术学院, 江苏 苏州215009
2 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州215009
3 江南大学理学院, 江苏 无锡214122
4 中国航天科技集团公司上海卫星工程研究所, 上海 201109
遥感卫星在**和民用探测等领域发挥着重要作用，而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时，相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先，基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论，针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后，分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律，并推导出普适公式。在此基础上，进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后，研究了大气湍流对空间相机调制传递函数（MTF）的影响，并以MTF=0.15为基准，仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。
高分辨率卫星 大气湍流 空对地观测 成像质量 high-resolution satellite atmospheric turbulence space-to-ground detection imaging quality 强激光与粒子束
2024, 36(1): 011001
1 北京工业大学 材料与制造学院激光工程研究所，北京 100124
2 跨尺度激光制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光技术工程研究中心，北京 100124
4 北京市高等院校先进激光制造工程研究中心，北京 100124
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成，两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作，有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长， 从而实现合束，获得的激光源中心波长锁定在1061.5 nm和1064.6 nm，两谱线中心间距为3.1 nm，组合光束的输出能量为173 mJ，组合光束的光束质量因子M2为2.8 × 2.2；两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ，在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1，在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9；组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%，组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求，在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。
双波长 Nd:YAG激光器 光谱合束 输出能量 光束质量 dual-wavelength Nd:YAG lasers spectral beam combining output energy beam quality 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230411
