在多元复合硬质合金的激光熔覆过程中,熔池中各组分元素密度不一致及其它物性差别使激光熔覆层出现硬质分布不均匀和粗大是形成覆层中裂纹缺陷的主要原因.针对此,研究设计了一台适用于激光熔覆的电磁搅拌器,并初步开展了电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金的工艺研究.结果表明,电磁搅拌不仅对熔覆层的宏观形貌还是微观组织都有影响,电磁搅拌能细化熔覆层中的WC组织,并使其分布均匀化,同时电磁搅拌能明显细化熔覆层过渡区中的树枝晶组织.

基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程,研究了空心环形强激光束(波长1.315μm)辐照下白宝石窗口温度、变形和应力的分布规律;研究了空心矩形强激光束(波长3.8μm)辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律.采用三维有限元模型,数值模拟了强激光在窗口材料中产生的热和力学效应,为强激光窗口元件的选择以及热效应对光束质量影响的评估提供了参考.计算中,激光能量吸收采用体吸收,并考虑了光强分布的空间梯度以及光强在窗口内的衰减.

通过建立五维坐标系,根据几何光学和晶体物理学的理论,对光在双级式偏振无关楔形光隔离器中的光轨迹情况进行了研究.把光轨迹根据介质的不同分为若干段,法拉第旋转器作为平行平板,等效为空气介质处理,从而使结构和计算简洁化.为定量地表达光隔离器输出的两束光的偏移、相互距离与光程差提供方法.

讨论了利用双轴晶体KTP与LBO对1064nm与1319nm激光进行和频产生589nm钠黄光的和频相位匹配特性.推导得出对于和频情况下的非线性极化张量的表达式,并应用于倍频情况进行了验证.进行了和频相位匹配的理论分析,给出了这两种晶体在和频时的最佳相位匹配角和有效和频系数.

介绍了半导体光放大器的两个重要特性:增益特性和偏振特性.增益特性中,描述了放大器中增益调制现象和增益饱和现象,并介绍了提高半导体光放大器增益的方法.偏振特性中,分析了半导体光放大器增益偏振敏感产生的原因,并列举了低偏振敏感度放大器的实现方法.最后报道了近几年才被注意的半导体光放大器相位偏振敏感特性.

对于激光系统性能而言,激光工作阈值条件具有非常重要的意义.C→A跃迁的低增益、宽带脉冲准分子激光的阈值条件和其激光抽运脉冲有密切关系.在激光四能级系统速率方程的基础上,利用增益开关和Q开关的分析方法来研究C→A跃迁的低增益脉冲准分子激光阈值条件,给出了其在不同增益脉宽情况下一致的阈值条件.结果表明,在增益脉宽很短时,准分子激光和连续激光的阈值条件完全不同,取决于时间积分常数要大于一临界值.

采用紫外光度计和多功能光谱系统对甲醇溶液的紫外吸收光谱和紫外光激励下产生的荧光光谱进行了研究.研究结果表明,甲醇溶液能较好的吸收波长短于260nm的紫外光,且随着溶液体积分数的变化,荧光强度的变化呈现出一定的规律;甲醇分子吸收入射光光子的能量后向外发射峰值位于340nm处的荧光,随着激励光波长的变化,甲醇溶液发射荧光光谱略有差异.对甲醇分子吸收和发射光谱的机理进行了理论研究.该研究结果将为甲醇微量含量的测试提供理论依据,为甲醇分子的诊断技术提供参考.

密集波分复用(DWDM)光纤通信系统对光源的波长稳定性有很高的要求.主要就可供DWDM系统选用的光源之一光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)的波长稳定性进行讨论.通过计及半导体激光器(LD)、外腔及光纤光栅(FG)三者的共同作用,根据光纤光栅外腔半导体激光器的相位条件确定FGESL的激光纵模分布后,理论上研究了FGESL的激射波长随FG外腔长度的变化.结果表明,外腔较短时,外腔长度的微小变化可以导致FGESL的激射波长产生显著的变化;外腔较长(大于10cm)时,外腔长度的变化对FGESL的激射波长基本没有影响.

采用Czochralski法生长出光学质量较高的Yb: ZnWO4单晶,通过偏振吸收光谱、荧光光谱的测量计算出其吸收截面为3.0×10-20cm2、发射截面为2.0×10-20cm2和荧光寿命为1.15ms,并推导Yb3+的Stark分裂能级.实验表明,Yb: ZnWO4在近红外972nm处有强吸收峰,发射光谱是从914nm到1055nm的宽带,荧光寿命长,是一种新型LD抽运的可调谐激光晶体.

基于夫琅和费衍射理论,应用MATLAB软件进行模拟,对不同形体因子的标准椭球模型进行讨论,并与实验结果进行比较,证实了对于真实微粒测量模型,椭球模型比球模型更具优越性,能够更准确地获得非球形微粒的粒度分布.并从椭球模型的衍射图像反演得到微粒的形体因子.

通过对19单元哈特曼测量和模式法重构波前的过程进行数值模拟,研究了Zernike模式法重构波前时耦合和混淆出现的原因、条件、程度和数学算法的表现.确定了在综合考虑最高可识别模式和计算稳定性同计算工具关系的情况下,选择最佳重构阶数的基本原则.同时对19单元哈特曼复原精度进行了评价,得出模式耦合是影响精度的主要因素,得到了模式法波前测量的适用条件,为利用哈特曼进行光束质量诊断提供了依据.

报道了一种激光二极管抽运Nd:
YVO4晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态橙黄色激光器的设计和实验结果.橙黄色激光由Nd:
YVO4晶体的1064nm和1342nm谱线腔内和频产生,输出波长为593.5nm.实验采用了双镜谐振腔结构,在1.6W的808nm注入抽运功率下,获得了最高功率为84mW连续波TEM00的橙黄色低噪声激光输出,光-光转换效率为5.3%,光束质量因子M2＜1.2.实验和分析表明,采用激光二极管抽运Nd:
YVO4晶体、LBOⅠ类临界相位匹配腔内和频是获得橙黄色激光的实用方法,并可以应用到Nd:
YVO4晶体的其它谱线或具有多条谱线的其它激光增益介质,获得更多不同颜色的单谱线激光输出.

对目前国内外发展的同时测量物体六自由度的方法进行了较为详细的介绍,并给出了每种测量原理和发展现状,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势.

为了研究鱼雷的激光尾流制导方法,分析了舰船航行时所产生尾流的几何特征和光学性质,讨论了舰船尾流中不易在短时间内消失的微气泡对激光的散射特性,提出了利用激光在尾流区域内、外传输时,其前向或后向散射激光在时域、频域和空域中光学参数的变化来快速、准确地判别鱼雷是否进入、穿出尾流,从而导引鱼雷沿目标舰船的航迹靠近目标的新型鱼雷制导方法.讨论了实现鱼雷激光尾流制导的几种不同途径,得出了上视激光尾流制导是一种既不会破坏鱼雷雷体的流线性结构,又可以通过激光扫描来确定尾流边界的先进的鱼雷制导方法的结论.

从理论上分析了由F-P滤波器实现的多波长双包层光纤激光器(DCFL)的边界条件和输出功率,在考虑了F-P滤波器中双色镜反射率的波长依赖关系的前提下,对影响多波长输出功率和消光比的参数如双色镜和光纤出光端面的反射率、抽运功率等进行了研究.结果表明,光纤出光端面的反射率存在一个最佳值,再配合适当的双色镜反射率,能使多波长输出的功率和消光比达到很好的均衡.适当增大抽运功率也能优化多波长输出功率和消光比.通过控制F-P滤波器的腔长,能够调节多波长输出的数目.

通过对高功率激光空气击穿的物理机理、电离机制的讨论,得到空气击穿过程中激光焦区内自由电子密度公式.考虑电子弹性碰撞损耗、电子复合损耗影响,给出了新的击穿阈值公式.该公式的计算结果同实验数据一致.

为了提高测量精度,设计了一种利用偏振光干涉法测量物质旋光率的新系统,并对石英晶体旋光性质进行了测定,测量结果的相对误差小于1%,实验证明其测试精度和使用效果都比传统方法有了明显的提高.

基于固体的能带理论和能量守恒原理建立了一个描述激光与非金属材料作用时载流子随时间空间变化的理论模型.讨论了材料的破坏阈值、烧蚀深度与激光脉宽、波长和强度之间的关系,同时也讨论了破坏阈值、烧蚀深度与材料禁带宽度等特性之间的关系.讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离在激光对材料破坏过程中的不同地位,理论结果表明,光电离在超短脉冲激光对非金属材料破坏过程中对破坏阈值的影响最大.

在分析几种激光基质材料的光谱和激光特性的基础上,提出了在功率受限型激光装置的主放大级中混合使用高增益激光玻璃和低非线性折射率n2玻璃的新思路,以期在降低n2的基础上提高激光装置的系统输出能力.采用光传输程序模拟计算的结果表明,主放大器前级用磷酸盐玻璃,后级换用低n2的氟磷酸盐玻璃的混合配置,可以有效地减小级间B积分条件对系统输出能力的约束,系统的最大能量输出有近百分之十几的增长.

采用连续LD端面抽运,腔内插入Cr+4: YAG,KTP和LBO等晶体,并采用自孔径选模,获得较好光束质量的准连续紫外激光输出.在抽运功率12W的条件下,紫外激光输出功率约50mW,重复频率10kHz,近场光斑显示获得近似基模的355nm紫外激光.

介绍了光纤激光器相干合成的研究现状,分析了几种典型的相干合成方法,指出了最佳的相干合成方法.

从半导体激光自混合干涉系统的一般模型公式出发,建立了一个非线性函数模型,利用非线性最小二乘法的曲线拟合,来估计半导体激光自混合效应的模型参数--线宽展宽因数和光反馈因数.经计算仿真分析表明,该算法有较好的收敛性,迭代次数少且参数估计精度高,是半导体激光自混合效应参数测量的一种有效方法.

建立了一种自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率理论模型.基于基模高斯光束,推导了单光子捕获概率的表达式.得到影响单光子捕获概率的主要参量是发射机的跟瞄误差、光束远场发散角、发射机和接收机的链路距离和接收机天线孔径.针对低轨卫星-地面站间链路进行了数值仿真分析,得到单光子捕获概率一般在10-3～10-5量级.

物光和参考光的均匀性,对彩虹全息的拍摄,特别是模压全息防伪标记母版的拍摄都具有重要意义.为了获得均匀的物光和参考光,应用二元光学元件,通过光学变换来实现.采用二步综合法拍摄的实验表明,参考光和物光的均匀性都得到改善,各个标记的衍射效率也较为接近.

分析高功率激光器中笔形光束的成因及其潜在危害的规律,提出一种减少(或消除)空间滤波器中笔形光束的技术措施--倾斜透镜法.用增广矩阵法计算非共轴光路笔形光束会聚点位置并分析其变化.以高功率激光系统的空间滤波器为例,报道追寻失调滤波器中鬼点和消除笔形光束的设计、计算结果.结果表明,采用两透镜非同轴构型,选取适当的滤波器设计参数,并适当倾斜透镜L2,能有效地避免笔形光束对高能激光系统造成的危害.

对微棱镜与双包层光纤侧面耦合技术进行了研究.用光学胶把尺寸为1mm×1mm×1mm直角棱镜的直角面胶合在尺寸为330μm170μm的内包层侧平面上,激光束以一定的角度从微棱镜的另一直角面入射并通过它耦合进入双包层光纤的内包层,实验测得耦合效率为86%.该方法可用于双包层光纤的侧面抽运.

室温下测量了两种高浓度掺杂硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率、玻璃丝长度的特性曲线,在100mW功率抽运下,掺铒质量浓度为0.19g/cm3的硅酸盐玻璃丝的单位长度净增益为1.96dB/cm,阈值功率为36mW,最佳长度为4.5cm;掺镱质量浓度为1.1g/cm3、掺铒质量浓度为0.12g/cm3的镱铒共掺硅酸盐玻璃丝,单位长度净增益为3.07dB/cm,阈值功率为28mW,最佳长度为2.5cm.结果表明,在厘米长度量级上可获得近10dB的净增益.镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率增长未出现饱和趋势,说明镱作为敏化剂可以改善掺铒光纤放大器的增益特性.

通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析,提出了一种新的激光方位探测方案.介绍了本方案的数学建模原理,给出了其实现系统,它由6个光学劈尖构成的激光方位探测光学窗口和探测电路组成,通过测量光学劈尖上干涉条纹的间距精确地探测出入射激光方位和波长.测试结果表明,该方案具有探测精度高、反应速度快等优点.

为了在发酵过程中减少双乙酰的产生,防止成品啤酒中双乙酰反弹,利用激光诱变育种技术,选育双乙酰生成量低的啤酒酵母,可解决双乙酰问题.用He-Ne激光作为诱变光源,照射啤酒酵母细胞,在合适的时间和剂量下,得到一株优良菌株.用该菌株酿造的啤酒,其双乙酰值为0.1253mg/L,比原菌株下降了30%.

针对激光介质的通光面为方形、抽运光为高斯光束的情况,以Nd: YAG激光介质为例,用 ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,精确地给出了激光介质中各点的温度和温度分布.分别对提高介质侧面对流换热系数、降低冷却液温度、抽运端面水冷这3种情况下的温度场进行了模拟.结果表明,通过提高晶体侧面的热对流换热系数和降低冷却液温度,几乎不能降低激光介质的热效应,而通过抽运端面水冷,可有效地降低激光介质的热效应.

基于有限元分析软件ANSYS对激光表面淬火温度场进行模拟,并结合实验的数据,建立了材料表面能量转换系数的变化规律的数学模型.通过再次实验验证表明,可用于预测激光表面淬火后的硬化层深并具有极高的精确性,为研究精确控制工艺参数和相变硬化层深提供新的研究思路.

阐述了用激光主动扫描法侦察远方(隐蔽的)观察、瞄准仪器的原理及实验技术.以红外物镜为例,运用矩阵光学追迹法对影响"猫眼"效应回波强度的因素作定性、定量分析.研究结果表明,回波强度受光学仪器内部反射面倾斜和离焦的影响较大,扫描光束的入射角和物镜相对孔径等因素对回波强度也有一定影响.例如在主动扫描装置距被探测观瞄仪器约1000m、扫描光束的入射角为0.3rad条件下,反射面离焦及倾斜使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的3.3%分别下降到0.03%和0.016%.

研究高斯光源的束斑半径、光源孔径和探测器孔径对荧光共焦显微镜3-D OTF的影响,获得了具有有限光源孔径、探测器孔径和束斑半径的荧光共焦显微镜的三维光学传递函数(3-D OTF). 数值计算结果表明,束斑半径影响到光源孔径和探测器孔径的选择,与采用平行光比较,采用小束斑半径的高斯光束可以提高光源孔径和探测器孔径,获得更好的分辨率和更高的信噪比.

介绍了一种用于惯性约束聚变研究的CSG衍射光栅研制情况,衍射光栅的制作采用离子束刻蚀的方法,光栅刻蚀面积为80mm×80mm.利用星光Ⅱ高功率固体激光装置实验平台对光路中插入衍射光栅后的光束近场调制变化进行了实验测试.实验结果表明,在低功率密度条件下(0.005GW/cm2)光路中插入CSG衍射光栅后,光束近场调制度没有明显的增加,相对于光束本身的调制来说,由光栅带来的调制为细微的小量调制.

为改进扫描显微镜,提出了一个新的光电扫描方法与装置.此装置采用了一个液晶显示器(LCD),它形成偏相位空间光调制器.该电寻址液晶显示器可形成不同的衍射光学元件.利用相移,可以完全控制扫描束的位置与焦点.当它被放入扫描显微镜中试用后,发现其效果良好,这表明液晶显示器可作为扫描显示镜扫描装置的关键部件.