研制了一台高重复频率顺序放电TEA CO2激光器,由共用光学谐振腔的两节相同放电组件组成,单组件的有效增益体积为2.5 cm×2.5 cm×55 cm。激光器允许以不同的双脉冲时间间隔和不同的脉冲重复频率工作并产生高峰值功率输出双脉冲。当两组件以200 Hz重复频率同步放电时,激光器输出平均功率为1.1 kW;当两组件以400 Hz重复频率顺序放电时,输出平均功率为550 W,双脉冲时间间隔为2.5 ms。在同一脉冲重复频率下,激光器的平均输出功率随双脉冲间隔的增大而减小。实验还测量了不同双脉冲间隔下,激光器的输出双脉冲波形。

介绍了一种可对大尺寸工件进行无导轨精密测量的系统。以有高稳定性和强抗干扰能力(室外可达10-7)的双纵模热稳频He-Ne激光器为光源,其拍频约为790 MHz,拍频波长约376 μm;以节点为对准标志,最邻近节点到被测点的间距用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪测量,分辨率为0.08 μm。采用自适应滤波和小波运算大幅度地降低了光电信号噪声,并强化波形。测试表明,测量的不确定度优于30 μm/10 m,整个测量系统可在0～20 m范围内工作。

为了克服单点扫描共焦测量中速度慢、机构复杂的不足,基于并行共焦测量的思想,利用集成光纤束器件实现光束分割,同时起到共焦测量中针孔的作用。在此基础上设计了基于该器件的一套并行共焦测量系统。系统中还采用了专门设计的棱镜将光源与信号光分离。给出了系统的测量原理,说明系统具有结构简单,信噪比高等特点。初步实验表明了该系统的可行性。

研究了Na2O含量对Na2O-Al2O3-SiO2(NAS)玻璃的光谱性质的影响。利用Judd-Ofelt(J-O)理论和吸收光谱计算了Er3+掺杂的铝硅酸盐玻璃的Ωt参数、自发辐射几率和自发辐射寿命,分析了Ωt参数与Na2O含量的关系以及与吸收截面,Er3+离子4I13/2能级的自发辐射几率和荧光半峰全宽(FWHM)等性质的关系。随Na2O含量的增加,J-O参数Ωt(t=2,4,6)减小,Er3+离子1533 nm的吸收截面和荧光半峰全宽,Er3+离子4I13/2能级的自发辐射几率也减小,而Er3+离子的荧光寿命增大。

以对甲氧基苯酚和溴代烷为原料,经过脱氯化氢反应合成了三种可溶性非对称烷氧基取代聚对苯乙炔（PPV）衍生物,分别为聚(2-甲氧基-5-丁氧基)对苯乙炔(PMOBOPV)、聚[2-甲氧基-5-(3′-甲基)丁氧基]对苯乙炔(PMOMBOPV)和聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔(PMOCOPV)。利用后向式简并四波混频(DFWM)研究了它们的三阶非线性光学性质。结果表明PMOBOPV,PMOMBOPV和PMOCOPV的三阶非线性极化率(χ(3))分别为3.14×10-10,5.96×10-10和3.71×10-10 esu,相应的二阶分子超极化率(γ)分别为4.22×10-28,7.78×10-28和5.00×10-28 esu。分析了分子结构对聚对苯乙炔衍生物非线性光学性质的影响。采用分光光度计对三种材料的光学禁带宽度(Eg)进行了测量,线性拟合的结果表明PMOBOPV,PMOMBOPV和PMOCOPV的Eg值分别为2.08,2.03及2.05 eV。

对不同辐照条件下近红外飞秒激光在K9玻璃内部诱导产生的暗化现象和永久性折射率改变进行了实验研究。通过辐照前后的显微镜图片、吸收光谱、电子自旋共振谱(ESR)以及激光衍射实验,分析了K9玻璃中暗化现象产生的微观过程,发现暗化是由诱导产生的空穴型色心引起的。暗化程度和折射率改变随激光强度、扫描速度、扫描行间距变化而变化。光致色心的形成与非线性电离有关。对折射率永久性改变进行了简单说明,其机理仍在探索中。

利用缓冲质子源(苯甲酸中掺入一定量的苯甲酸锂)在Z切LiNbO3基底上制作了质子交换平面光波导,得到了不同掺杂摩尔分数(0.5%,1.0%和1.5%)的缓冲质子源质子交换波导的有效扩散系数及折射率分布。随着质子源中苯甲酸锂的摩尔含量逐渐增加,质子交换的有效扩散系数呈指数衰减,同时波导表面折射率增量线性递减。研究了有效折射率的稳定性特征,并与用纯苯甲酸制作的光波导进行了比较,发现利用缓冲质子源制作的LiNbO3光波导的稳定性明显优于纯苯甲酸制作的光波导。

以硅酸四乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)为前驱材料,用溶胶-凝胶(sol-gel)方法在钛宝石表面制备得到均匀性良好且具有高激光损伤阈值的有机硅复合凝胶增透膜。膜层在钛宝石激光器输出波段(750～850 nm)的增透效果显著,其平均透过率超过98.6%;激光破坏阈值为2.2 J/cm2(800 nm,300 ps);膜层表面均匀性达到激光波面的要求,在皮秒、飞秒超短脉冲高功率激光领域具有应用价值。溶胶的性能测试结果表明,溶胶粘度和成膜折射率均随溶液中CH3SiO1.5溶胶体含量的增加而增大,而膜层折射率受烘烤温度影响较小。

研制了全国产化全固态半导体激光器(LD)抽运模块,Nd∶YAG激光输出功率达500 W。介绍了优化抽运模块结构参数的程度。从增益分布特性等方面,介绍了研究其输入-输出功率特性的实验装置,随着抽运功率的增加,Nd∶YAG激光输出以斜率效率47%线性增加,最大输出功率达到575 W,光-光转换效率达26.1%。采用He-Ne激光探测法实验测量了该抽运模块中的热透镜效应。通过测量热焦距,分析了其热透镜效应

随着激光焊接在**工业中的应用越来越广泛,焊接质量的监测和控制逐步成为一项重要的研究内容,而焊缝的熔透性控制是其中最重要的参数之一,特别对于一些密封件而言。通过对伴随激光深熔焊接所存在的光致等离子体的蓝紫光信号相对强度的监测,以判断焊缝的熔透性。利用信号监测系统,在焊接时采集光致等离子体蓝紫光的强度作为原始分析信号,通过对数据的分析和处理,以及大量的实验结果与数据分析结果的对比,寻求信号与焊缝熔透性的关系。研究结果表明,焊缝的熔透性与光致等离子体光信号的累积强度有对应关系,当焊缝全部熔透时,光信号稳定性非常好,而一旦焊缝处于未熔透或熔透性差时,光信号会产生极大的波动。

金属板料的激光冲击成形(LSF)技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应,而非热效应。它是在激光冲击强化基础上拓展出的又一崭新的研究领域。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论,建立了板料激光冲击成形中,激光-能量转换体-靶材系统的冲击波压力的物理模型和理论估算式。通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析,建立激光冲击板料变形的数学模型,得到板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系,为加工过程中各种参数的合理优化,板料变形过程的有效控制,实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。

强激光作用于生物组织时会产生气化、碳化和熔融等相变热效应,并对组织造成热损伤,据此提出了包含碳化层和生物组织层双层结构、具有两个相间移动边界的激光与生物组织热相互作用数学模型。对数学模型进行了数值求解,得出了组织内部的温度分布,相间边界的温度,相间边界移动速度及碳化层厚度等参数的变化规律,并探讨了它们与激光强度之间的相互关系等问题。数值模拟表明,该光热作用过程分为两个不同阶段

采用左旋和右旋圆偏振光分别作为探测光和耦合光,作用于铯原子62S1/2F=3-62P3/2F′=2简并二能级系统,借助探测光的吸收光谱观察到了由简并二能级中Λ型塞曼子能级结构导致的电磁诱导透明(EIT)现象。同时研究了不同耦合光的强度和失谐对电磁诱导透明的影响。由于在多普勒展宽背景下圆偏振光对塞曼子能级间的光抽运,从而不同塞曼子能级上布居出现明显的差异,电磁诱导透明的作用程度有所不同。而且对于在扫描探测光频率时由于存在速度选择机制使探测光通过铯气室后的吸收谱线发生的畸变作了定性分析。

针对完全重叠型的体光栅,在布拉格衍射范畴内给出二维耦合波方程的完整推导,并给出方程组的闭形式解析解。该解析解能够解决完全重叠型的均匀光栅的普遍衍射问题。研究了二维有限尺寸体光栅的衍射性质特别是衍射效率与光栅二维尺寸及介质吸收系数之间的关系。对于无吸收的光栅,参考光束相对物光束越宽,衍射效率将越高。当介质的吸收不可忽略时,对于耦合较强的光栅,参考光尺寸的增大反而会引起衍射效率的下降。为了获得最优的衍射效率,应当根据介质的吸收率合理地设计光栅的几何尺寸。

X射线激光是激光物理与等离子物理中的一个重要研究领域。目前,X射线激光研究多采用毛细管放电、高功率激光的多脉冲和短脉冲等抽运方式,而且绝大多数研究局限于软X射线波段。借鉴自由电子激光器的组成结构,提出一种产生X射线激光的新方案

由相干度理论和准单色光理论出发研究了发光二极管(LED)的时间相干与空间相干特性,并采用时间分辨为亚飞秒的迈克尔逊干涉仪对LED的相干度进行了测量记录。由记录所得的干涉图计算得到LED的发射光谱、相干时间及时间相干度;并通过比较其可见度和时间相干度推算出其空间相干度;最后提出由空间相干度计算LED发光面积的方法和使用LED光源测量材料中超快弛豫过程的可能性。分析了实验中的误差并提出修正方法,为采用LED作为稳态与时间分辨光谱光源提供了必要的理论与实验依据。

实现了激光二极管(LD)抽运Nd∶YVO4/KTP,GaAs饱和吸收体被动调Q绿激光运转。测量了GaAs不同厚度情况下的脉冲重复率、脉冲宽度、单脉冲能量及峰值功率随抽运功率的变化关系。在抽运功率3.22 W下,300 μm厚的GaAs获得了381 kHz的高重复率,53.2 ns的脉冲宽度,0.18 μJ的单脉冲能量。通过求解内腔倍频GaAs调Q工作原理的耦合波方程组,所得的理论值与实验结果相符。

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12 μm),较大的非线性系数(d36=75 pm/V),最高损伤阈值能量密度为10 J/cm2,较高的热导率(0.18 W/(m?K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体。理论上分析了ZnGeP2 光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5 μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～55.2°之间。实验上,以15 W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05 μm高重复频率声光调Q Tm,Ho∶YLF激光器作为抽运源,其最大平均功率4 W,脉冲宽度小于40 ns, 脉冲重复频率100 Hz～10 kHz可调。为降低准三能级系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho∶YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下。非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20 mm。在3.6 W的抽运功率下,脉冲重复频率10 kHz,实现了4.1 μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20 ns,平均输出功率为0.7 W,光-光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65 W。

利用一台毛细管快放电X射线激光装置,研究了预脉冲作用下氩气和氦气在10～120 Pa压强范围内对毛细管放电的击穿特性。实验结果表明只有10～15 kV放电电压才能将内径为3 mm,长度为90 mm的毛细管中10～120 Pa的氩气击穿,同时电极表面的形态对击穿电位也有较大影响。对预、主脉冲作用下毛细管放电规律及Z箍缩过程中阻抗变化规律进行了研究,发现不同长度的氩气柱在箍缩过程中的阻抗变化趋势基本相同。不同长度、不同放电电压情况下,毛细管阻抗均达到最小值5 Ω左右,同时电流达到峰值。该结果为在相同放电电压下,对不同长度毛细管放电获得相同的电流峰值提供了可能。

从理论上解释了调Q钕玻璃,YAG激光器存在的模式自锁定现象所引起的调Q激光脉冲功率输出的不稳定性。为了从根本上消除模式自锁定所引起的调Q激光脉冲波形的随机调制现象,实验采用预激光调Q与法布里-珀罗(F-P)标准具平板组合技术,获得了脉宽约为40 ns,脉冲能量为85 mJ的稳定调Q输出,其脉冲能量稳定度和脉冲功率稳定度分别为±2%和±3%,激光输出的谱线宽度为6.9×10-4 nm。单纵模输出几率达到89%。采用上述方法,使自锁模式的调制现象得到有效地消除,从而使调Q激光器可以稳定地输出。

报道了双端抽运连续输出的掺Yb3+双包层高功率光纤激光器。实验采用了中心波长在975 nm附近的两种输出形式的半导体激光器(LD)作为抽运源,测量了不同抽运条件下的输出功率特性和光谱特性。在仅尾纤输出的半导体激光器抽运下获得了斜率效率为42%,峰值波长为1103.8 nm的9.2 W激光输出;在仅准直输出的半导体激光器抽运下获得了斜率效率为57%,峰值波长为1104.4 nm的20.0 W激光输出;当两个半导体激光器在双端同时抽运时,获得光纤激光最大输出功率为30.6 W,输出峰值波长为1108.4 nm,以及49%的总体光-光转换效率。

利用数值方法研究了各种起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑特征,分析了Strehl比、能量Strehl比、峰值Strehl比和锐度(Sharpness)的统计特征,探讨了它们描述光斑质量的适用性。结果表明,能量Strehl比适于描述光斑的整体集中质量,而锐度能很好地反映局域内能量集中程度,可作为描述短曝光光斑质量的评价参量。不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的短曝光光斑的统计特征表明,湍流有助于提高准直光束的局域能量集中程度。

提出应用“超格子构造法”研究光子晶体光纤(PCF)的传输特性。电场用正交完备的厄米-高斯(Hermite-Gauss)函数展开,有中心缺陷的周期性分布的介电常数用两组不同周期的介电常数分布迭加构成超格子,每组介电常数都用余弦函数展开,然后利用波动方程及厄米-高斯函数的正交性,得到光子晶体光纤的传输特性(模场分布、双折射、色散)。模式双折射的大小可用以衡量该算法的精度。

大气相干长度是在激光大气传输和自适应光学研究中对大气湍流介质进行定量描述的重要参量。介绍了利用激光大气闪烁测量反演大气相干长度和利用差分像运动测量法(DIMM)测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的两种不同测量方法,并根据光波到达角起伏和激光大气闪烁这两种不同方法测量大气相干长度的仪器,在相同的近地面传播路径上进行对比实验观测,两者测量结果有时存在一定的偏差,但其量级和时间变化趋势基本一致,这两种测量方法相互得到了验证。最后还对实验观测结果进行了讨论,分析了误差产生的原因。

运用光束传输的非傍轴矢量矩理论,对TE矢量高斯光束的传输进行了研究,给出了束腰、横向发散角和光束传输因子的积分表达式。基于能流二阶矩定义的横向光束宽度在传输过程中服从简单的双曲线变化规律。数值计算表明,在高度非傍轴情形下,由于TE偏振导致两个横向存在不同的光束传输特性,且最大的横向发散度超过了非傍轴标量高斯光束的发散度极限63.43°,接近于90°,这与波动光学理论相符合,其中x方向上的发散度略比y方向上的大。而对于傍轴情形,在非傍轴标量高斯光束傍轴化条件下,TE矢量高斯光束的传输可简化为横基模傍轴标量高斯光束,稍有区别的是其光束传输因子始终保持略大于1,且永远不能精确地等于1。

报道了一种在光纤中激发二次谐波振荡(SHG)的简单方法

通过对理想条件下得出的光纤参量放大增益解析解和相位匹配关系表达式进行修正,得出在光纤有损耗时,小信号峰值增益和光纤非线性系数成正比以及光纤色散参数和峰值增益波长与抽运光波长的差成反比两个近似表达式。以此为基础提出

在以信号偏振度(DOP)作为反馈信号的偏振模色散补偿系统中,提出了分别利用带通和带阻滤波器来改进反馈信号的灵敏度和监测窗口的方法。比较了40 Gbit/s归零(RZ)码传输系统和10 Gbit/s非归零(NRZ)码传输系统中滤波器在改进反馈信号监测性能方面的作用,对滤波带宽的选择作了定性的数值分析。结果表明,通过滤波器的引入,可在很大范围内避免补偿算法在搜索中出现局部极值的可能,减少了迂回搜索,改进了补偿效果,同时有利于补偿系统的稳定。

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器。提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性。研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍。系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移。理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃。

提出一种新的数字全息方法实现大视角彩虹全息的制作。根据两步法彩虹全息原理,用计算机制作彩虹全息图的H1,并用镜像折叠的新算法将大幅的全息图折叠成一幅较小的全息图。输出微缩后成为一个高密度的全息图。光学方法制作H2时,必须配以合适的平面镜,使再现的光波按光的可逆原理展开成原状。该种镜像折叠的方法巧妙地把计算机制全息与光学全息相结合,吸取了两者各自的优点,实现了大视角数字全息的制作。理论及实验结果表明该方法既解决了大幅度计算机制全息图的输出问题,又使相同信息量的数据容量大大减少,为计算全息图用于立体显示的研究开辟了一条新的途径。

Nd∶YVO4晶体中掺杂的Nd3+除了1.064 μm的受激辐射跃迁外，还可产生1.342 μm波段的弱辐射，经腔内倍频，最终可输出671 nm的红色激光。报道了一种光纤耦合半导体激光二极管(LD)阵列端面抽运Nd∶YVO4晶体,腔内采用Ⅰ类临界相位匹配LBO(LiB3O5)晶体倍频,实现波长为671 nm的全固态红光激光器瓦级输出的理论分析和实验结果。采用短三镜折叠腔结构，通过对激光晶体热透镜焦距的估算，用计算机优化设计选取了合适的谐振腔参数，在芯径为400 μm的光纤耦合808 nm半导体激光二极管阵列抽运下，当注入功率为8 W时，获得了波长为671 nm的红光基模稳定输出，最高输出功率达1.8 W，光光转换效率达22.5%。

介绍了双光子吸收光致变色光存储的存储原理,利用单光束双光子吸收三维光存储和反射式荧光共焦扫描读出实验装置,分别进行了写入激光功率、曝光时间和存储深度不同时双光子吸收光致变色三维光信息存储特性(读出信号强度和存储点尺寸)的实验研究。结果表明,读出信号强度主要取决于写入时的激光功率和曝光时间。读出信号强度在激光功率较低时与写入激光功率的平方成正比,而当写入激光功率大于一定值时,读出信号强度达到了饱和。读出信号强度随着曝光时间的增加也明显地呈现出饱和效应。此外,读出信号强度随着存储深度的增加明显地减弱了。存储点尺寸随着写入激光功率的增大、曝光时间的增长也迅速增大。较高的写入激光功率和较短的曝光时间有利于信息的高速存储。

报道了采用滤波反投影的光声层析成像的信号处理方法,为了还原空间位置的光声信号,声探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应在频域进行逆卷积处理;由于光声信号相对于触发时刻的延迟时间就是光声源到探测器的走时,重建时根据光声信号的延迟时间以及声速的距离,把速度势信号反投影到与探测器等距离的圆弧上。通过多个角度的反投影,能够重建出光声源的图像,但是由于反投影时光声信号投影到没有光声源的地方产生伪迹信号,模糊了光声源图像的边界,降低了图像的分辨率和对比度。因此在反投影之前采用CT成像中的R-T空间滤波函数与光声速度势信号进行卷积处理,然后再进行反投影成像;这种方法降低了由反投影带来的伪迹。应用这些处理方法,获得了埋藏深度为12 mm的四个光吸收体的二维光声层析成像。