期刊基本信息
创刊:
1974年 • 半月刊
名称:
中国激光
英文:
Chinese Journal of Lasers
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院上海光机所
中国光学学会
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
李儒新
执行主编:
罗毅
副主编:
骆清铭 张镇西 李学春 陈岐岱 顾冬冬 周朴
ISSN:
0258-7025
刊号:
CN 31-1339/TN
电话:
021-69917051
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
155元/期

本期栏目 2016, 43(9)

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中国激光 第43卷 第9期

裴卓然 1,2刘军 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
详细探究了平行相位调制(PPM)算法在飞秒激光脉冲的频谱相位测量与补偿中的应用。通过数值模拟讨论了调制频率选取和相位复原问题。基于该算法搭建了一套飞秒激光脉冲整形装置,使用自行编写的LabVIEW程序完成频谱相位的测量补偿过程,并使用多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)方法验证了实验结果的准确性。不同于MIIPS等已有超快激光脉冲测量方法,PPM法无需测量非线性信号的光谱,只需测量信号强度即可快速确定频谱相位。
激光器 超快光学 脉冲整形 平行相位调制 液晶空间光调制器 
中国激光
2016, 43(9): 0901001
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
片状放大器腔内钕玻璃表面的洁净度是保证放大器高工作性能和长寿命的关键指标,而合理的腔内流场分布是放大器保持腔内洁净的前提条件。运用计算流体力学方法,利用Fluent软件对纯氮气冲洗片状放大器过程中的腔内流场进行模拟,并在样机上验证了模型的有效性;通过调整放大器的进出气口结构及位置排布,获得了最佳的流场分布。实验结果表明,相比未优化放大器,优化后的放大器仅使用一半时间就可以达到相同的腔内洁净度等级,且钕玻璃表面洁净度更高。
激光技术 片状放大器 计算流体力学 流场模拟 洁净度 优化 
中国激光
2016, 43(9): 0901002
卢洁玲 1,2,*张莉珍 1林州斌 1林海枫 1,2[ ... ]张戈 1
作者单位
摘要
1 中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室, 福建 福州 350002
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用光强分布为环形的半导体激光器端面抽运Yb:GdYCOB晶体,实现了激光谐振腔直接发射涡旋激光。通过测量输出激光光束的空间强度分布、光束品质因子、光束纯度以及光束的波前相位信息,证实激光器输出的光束为高纯度涡旋光束。当抽运功率为3.2 W时,最大输出功率为281 mW,光-光转换效率为8.7%,斜率效率为21.7%。
激光技术 涡旋激光 环形端面抽运 Yb3+掺杂晶体 
中国激光
2016, 43(9): 0901003
作者单位
摘要
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
设计了一种具有波长和偏振模式选择特性的GaAs材料的亚波长抗反射光栅,工作波长为976 nm。采用等效介质理论与薄膜理论对光栅进行初步设计,基于严格耦合波法依次对光栅占空比、脊高和周期进行优化确定,同时分析了各个参数对光栅透射率的影响。所设计的抗反射光栅分别具有99.99%(横电模)和99.86%(横磁模)的高透射率,并且在976 nm± 30 nm的范围内保持99%以上的高透射率,满足器件应用要求。最后研究了工艺误差导致的光栅非矩形形貌对光栅透射率以及偏振优势模式的影响。
光栅 亚波长结构 等效介质理论 半导体激光器 
中国激光
2016, 43(9): 0901004
作者单位
摘要
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300071
2 天津工业大学电子与信息工程学院, 天津 300387
3 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室, 天津 300071
采用折射率匹配耦合法,提出了一种偏振可调的单偏振单模太赫兹光纤。通过在纤芯设计非对称微结构来实现芯模x、y偏振模式的分裂;在包层空气孔中填充折射率匹配液来引入缺陷模式,通过调整液体折射率来分别实现它与芯模x、y偏振模式的匹配。结果表明,当液体折射率为1.288时,x偏振模式匹配。当入射光频率大于0.73 THz时,偏振损耗比大于100,光纤以y偏振模式运转;当入射光频率为1 THz时,偏振损耗比达到最大值1020。当液体折射率为1.338时,y偏振模式匹配。当入射光频率在0.87~0.93 THz时,偏振损耗比大于100,光纤以x偏振模式运转;当入射光频率为0.9 THz时,偏振损耗比达到最大值118。该设计实现了光纤单偏振运转模式的切换,具有宽带、可调、易于实现的特点。
光纤光学 光子晶体光纤 单偏振单模光纤 折射率匹配耦合法 
中国激光
2016, 43(9): 0901005
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
脉冲光纤激光器具有输出光束质量好、峰值功率高等优势,易于激发晶体内部的非线性效应。晶体非线性效应能够将光纤激光的近红外输出波段变换至深紫外或中红外等波段。利用实验室自主搭建的中心波长为1064 nm,脉宽为650 ps的脉冲光纤激光器抽运KTP(磷酸钛氧钾)晶体,实现了高功率超短脉冲对1064 nm激光的单程倍频,输出532 nm激光。将脉冲宽度由650 ps压缩至1 ps后,抽运激光的峰值功率密度达到24.97 GW/cm2,有效地将单程倍频转换效率从0.8%提高到8.4%。研究了不同平均功率、脉宽、光斑直径的超短脉冲下KTP晶体的倍频效率,验证了未来在振荡腔结构下实现KTP晶体高效倍频的可行性。
激光器 非线性变频 二次谐波 超短脉冲抽运 KTP晶体 
中国激光
2016, 43(9): 0901006
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
利用ICEM软件对简化后的准分子激光器气体流道进行二维截面网格划分。基于realizable k-ε湍流模型和多参考系(MRF)模型,利用FLUENT软件对激光器内部气体流动进行稳态流场仿真,获得了气体流动速度大小和分布。仿真结果表明,气体平均流速与风机转速大小呈线性关系,风机扭矩与风机转速的平方也呈线性关系。采用皮托管实测流速分布并与仿真结果进行对比,它们之间的一致证实了仿真结果的可靠性。
激光器 气体流场 数值仿真 气体流道设计 
中国激光
2016, 43(9): 0901007
作者单位
摘要
1 清华大学物理系, 北京 100084
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
利用光栅反射镜的偏振选择原理,设计并制备了35层镀膜、1000 nm周期、70 nm槽深的圆环型微结构光栅反射镜。使用该光栅反射镜作为激光二极管抽运的Nd∶YAG激光器的后腔镜,通过对激光谐振腔的优化,获得了功率为13.4 W的径向偏振激光。分析并设计偏振度的计算方法,测量得到径向偏振激光的偏振度可达97%。
激光器 径向偏振光 光栅反射镜 偏振度 
中国激光
2016, 43(9): 0901008
马毅 1,2颜宏 1,2,*彭万敬 1,2王小军 2,3[ ... ]张凯 1,2
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
4 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
5 清华大学工程物理系, 北京 100084
理论和实验研究了一种基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器,该激光器既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径光谱合成输出,也降低了单路光纤激光的线宽要求。优化了该激光器的光束质量退化分析模型,分析了激光波长、光栅色散和光谱结构对光谱合成输出光束质量的影响,实验研究了不同功率水平下的光谱合成输出光束质量变化特性,获得了最大输出功率为9.6 kW的高光束质量共孔径合成输出,光束质量M2为2.9,合成效率达到92.0%。通过进一步压缩每路光纤激光的线宽并提升其功率或增加合成路数,可以获得更高功率和更高光束质量水平的共孔径激光输出。
激光器 光纤激光器 光谱合成 双光栅 高光束质量 
中国激光
2016, 43(9): 0901009
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
采用光纤激光与变极性钨极惰性气体复合填丝焊接A7N01铝合金,经工艺参数优化,得到了成形良好、无缺陷的焊接接头。研究了这些接头的显微组织、拉伸和疲劳性能,并分析了疲劳断裂特征及断口形貌。研究结果表明,接头主要由细晶区、柱状晶和等轴树枝晶组成;焊态下接头抗拉强度均值为320 MPa,约为母材的75%;自然时效30天后,抗拉强度均值提高到369 MPa,达到母材的83%;断裂位置位于焊趾应力集中处,拉伸断口呈明显的韧窝状,为典型的韧性断裂;接头的疲劳极限为115 MPa。
光学制造 光纤激光 A7N01铝合金 复合焊接 显微组织 疲劳性能 
中国激光
2016, 43(9): 0902001
作者单位
摘要
1 苏州大学机电工程学院激光加工中心, 江苏 苏州 215021
2 库卡工业公司, 江苏 苏州 215300
开展了玻璃/不锈钢和玻璃/钛合金的激光焊接试验研究,重点分析了焊缝的断口形貌、截面形貌及焊缝处物相的差异。结果表明,玻璃/不锈钢、玻璃/钛合金焊接的机理类似,焊缝中玻璃与金属形成的镶嵌结构及分布在界面处的粘附物是两者能连接的主要原因;玻璃与钛合金的线膨胀系数差异较小是玻璃/钛合金焊接件拉断力高的主要原因;激光作用下玻璃与钛合金形成化学结合,生成化合物Ti5Si3,而玻璃与不锈钢主要为机械混合。
激光技术 透射焊接 拉断力 玻璃 不锈钢 钛合金 
中国激光
2016, 43(9): 0902002
作者单位
摘要
1 合肥工业大学电子科学与应用物理学院, 安徽 合肥 230009
2 北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室, 北京 100024
研究了飞秒激光诱导的钛合金表面微纳结构随激光能量密度和脉冲个数的变化规律,并给出了微纳结构的扫描电子显微镜图。研究结果表明,钛合金表面微纳结构的演化主要经过4个阶段,依次为无激光诱导周期表面结构阶段、经典条纹结构阶段、经典与非经典条纹结构并存阶段和微驼峰结构阶段。进一步的研究表明,非经典条纹的周期随着激光能量密度或脉冲个数的增加而增加。
激光技术 表面形貌 飞秒激光 钛合金 条纹结构 驼峰结构 
中国激光
2016, 43(9): 0902003
作者单位
摘要
1 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
利用光内送粉技术对小间隙双层斜套的成形工艺进行了研究,采用依次独立堆积路径、法向分层、无错位堆积工艺方法成形了双层斜套。实验结果表明,该工艺可以提升激光成形双层斜套的效率,节约金属粉末,有效保证薄壁件的厚度均匀性和双层斜壁之间的间距稳定性。成形件表面形貌平整,显微组织致密均匀,无裂纹、气孔等缺陷,显微硬度分布均匀。
激光技术 激光立体成形 小间隙双层斜套 光内送粉 路径规划 法向分层 
中国激光
2016, 43(9): 0902004
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
对激光冲击强化(LSP)TA2工业纯钛拉伸试样在不同温度条件下的断口进行表征和分析,考察了温度对断口特征形貌和拉伸性能的影响。结果表明,在相同温度下,LSP后的试样比未处理试样的拉伸断口颈缩现象明显,且塑性更好。随着温度的逐渐升高,断裂形式从脆性断裂变为混合断裂、最后变为韧性断裂。
激光技术 激光冲击强化 TA2工业纯钛 温度 拉伸性能 断口形貌 
中国激光
2016, 43(9): 0902005
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 盐城工学院机械工程学院, 江苏 盐城 224051
3 中电电气(南京)光伏有限公司, 江苏 南京 211100
采用硼掺杂的硅纳米颗粒和有机载体混合配制的硅浆料作为原料,以标准太阳能电池工艺中的预处理硅片作为基片,在硅片背面丝网印刷硅浆料,烘干后形成硅纳米薄膜,经皮秒激光熔覆形成掺杂的硅熔覆层,同时硼元素扩散进入硅基片。采用激光形貌仪、扫描电子显微镜、二次离子质谱等手段分析了熔覆层的组织结构和硼元素的掺杂情况。结果表明,皮秒激光形成的硅熔覆层组织均匀致密,与基体之间结合紧密,无裂纹、孔洞等缺陷。硅熔覆层中的硼掺杂浓度最高达到3×1019 atom/cm3,在硅基体内扩散深度为0.5~1 μm。在中电电气(南京)光伏有限公司太阳能电池生产线上进行了电池制备实验,平均光电转换效率达到20.3%。
激光技术 硅浆料 硼掺杂 皮秒激光 硅熔覆层 太阳能电池 
中国激光
2016, 43(9): 0902006
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210
提出了一种谐振腔振荡式单次脉冲信噪比测量技术,通过精确设置谐振腔长度、两谐振腔之间的光程差、高反镜的反射或透射率,可简便地实现信噪比测量中高动态范围、大时间窗口和高时间分辨率三个关键指标。同时,采用全口径光束测量,保证了测量信号的高保真度。从理论上分析了谐振腔结构的各种功能和稳定性,以及色散引起的误差影响,在谐振腔中引入楔形高反镜,避免了次脉冲噪声的产生。理论上,该种结构可以实现1010,甚至更高信噪比的测量,而且能达到百飞秒的高时间分辨率。
测量 飞秒激光 单次脉冲 信噪比测量 互相关仪 谐振腔振荡 
中国激光
2016, 43(9): 0904001
高金磊 1,2,*宗明成 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
作为纳米位移测量技术领域的关键解决方案之一,干涉型光栅位移测量系统具有高精度、高分辨率、小体积的特点。干涉型光栅位移测量系统中采用的干涉光来自光栅的衍射,所以系统对光栅的偏摆角度较为敏感,装调难度大。为此,研制了一种对称式双光栅干涉位移测量系统,基于光学多普勒频移效应和圆偏振光干涉等原理实现高精度位移测量,系统对位公差小,装调简便。性能测试结果表明,该系统的实测分辨率为0.8 nm,重复性为1.4 nm;在1~14.5 μm的位移范围内校正前系统测量精度为15.4 nm,采用系统运动轨迹误差校正后精度为5.5 nm,进一步采用周期性误差校正后精度达到1.4 nm。
测量 位移测量 光栅位移传感器 干涉 性能测试 精度校正 
中国激光
2016, 43(9): 0904003
金伟 1,2,3陈迪虎 1,3,*李志伟 1,3施海亮 1,3洪津 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
提出了一种有利于空间外差光谱仪光谱复原的探测器筛选方法。通过仿真分析确定了影响空间外差光谱仪光谱复原的探测器响应参数,针对这些参数设计了相应的探测器筛选方法。利用设计的探测器筛选装置进行了探测器筛选实验,对实验数据进行处理和分析,从备选探测器中选取了最优性能的探测器。筛选测试后的探测器已经应用于星载空间外差光谱仪,并通过了一系列实验考核。
测量 空间外差 面阵探测器 光谱复原 筛选测试 航天 
中国激光
2016, 43(9): 0904004
作者单位
摘要
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所, 北京 100029
介绍了飞秒脉冲啁啾干涉测距的原理和典型的时频变换方法,比较了这些方法对啁啾光谱干涉信号分析的影响,研究了影响结果的因素,并将这些方法用于处理啁啾光谱干涉的测距数据。通过实验比对发现,相对于参考的He-Ne干涉仪数据,这些时频变换方法的处理结果在65 m范围内的相对精度都优于6×10-7,满足高精度处理要求,其中SPWV(smoothed pseudo Wigner-Ville)分布、连续小波变换(CWT)和SCW(smoothed Choi-Williams)分布处理啁啾光谱数据性能较好,获得了预期的结果。
测量 脉冲啁啾干涉 绝对距离测量 时频分析 光学信号处理 
中国激光
2016, 43(9): 0904005
作者单位
摘要
装备学院激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
基于扫描波长调制光谱方法实现了超声速气流的温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量的测量。利用两条H2O吸收谱线的谐波信号,研究了均匀流场中超声速气流多参数同时测量的方法。基于波长调制光谱技术的测量结果能准确反映均匀流场中的气体参数,然而实际流场往往具有边界层。针对具有边界层的近似均匀流场,数值仿真研究了谱线选择和边界层厚度对流场中心流测量结果的影响。仿真结果表明,随着边界层厚度不断增大,测量结果误差逐渐增大,选择对边界层温度不灵敏的吸收谱线能够有效降低边界层的影响。对超燃直连台隔离段内的超声速气流进行实验研究,结果表明基于波长调制光谱的测量方法在强噪声和强振动的环境中具有较高的测量精度。温度、H2O组分浓度、压强、速度以及质量流量测量值与预测值的最大相对偏差分别在8.2%、7.2%、2.0%、3.1%和6.4%以内。
测量 质量流量测量 波长调制光谱方法 超声速气流 
中国激光
2016, 43(9): 0904006
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
提出了一种光源混合频率调制的闭环工作点无源控制方法,通过直接高频调制光源的方式从单路干涉信号中提取出相位漂移信号,并利用低频控制信号对光源直接调制的方式予以补偿。通过高频、低频调制信号的配合,解决了单路干涉信号的工作点跟踪问题,以无源控制的方式保证干涉测量系统始终工作在最灵敏的线性区域。测试了光源在不同调制频率下的调制特性,比较了系统开、闭环状态下工作点的变化趋势,无源闭环工作点控制法与相位载波解调算法的对比解调结果表明,两种方法解调结果相关度超过99%,证明该方法可行。
光电子学 光热干涉 相位漂移 无源 正交工作点 混合频率调制 
中国激光
2016, 43(9): 0904007
作者单位
摘要
1 渤海大学信息科学学院, 辽宁 锦州 121013
2 武汉大学资源与环境学院, 湖北 武汉 430070
为补偿像移、提高影像的质量,需要准确探测影像间的像平面位移矢量。在给出星载相机像移矢量测量常用的联合变换相关基本原理的基础上,提出一种改进的联合变换相关的方法。提出改进的适用于低空影像的自反馈模糊边缘检测方法,以实现输入图像预处理;通过消除0级衍射峰,以质心法提取互相关峰的坐标,实现互相关峰高精度探测。利用仿真和真实低空成像实验对该方法的测量精度和性能进行了分析。仿真表明,该方法对于运动模糊在0~10 pixel范围内,高斯噪声小于等于0.002时,影像间像位移在0~20 pixel时,探测精度可控制在0.03 pixel以内。真实实验进一步表明,本文方法像移测量精度可达到0.2 pixel。该方法能够高精度、稳健地探测低空影像的像位移矢量。
遥感 图像处理 联合变换相关 像移测量 模糊边缘检测 低空遥感 无人机 
中国激光
2016, 43(9): 0904008
作者单位
摘要
1 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060
2 深圳大学物理学院, 广东 深圳 518060
设计了一种大探测面积磁透镜分幅变像管。通过理论分析和模拟仿真的方法对单透镜和三透镜两种结构的分幅变像管在不同离轴位置的空间分辨率特性进行了研究,并通过实验进行验证。在仿真计算中,当成像缩小倍率为21时,单透镜结构仅能在10 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率,而三透镜结构能够在30 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率。在实验测试中,单透镜结构仅能在12 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率,而三透镜结构则能在27 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率。实验结果表明,采用三透镜结构设计的分幅变像管,其有效探测面积比单透镜结构大4倍以上。
测量 分幅变像管 磁透镜 大探测面积 空间分辨率 微通道板 
中国激光
2016, 43(9): 0904009
作者单位
摘要
1 浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 浙江师范大学浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321004
基于塞曼突变机构理论,通过求解Pearcey光束势函数的临界点方程,发现Pearcey光束的光学形态由方程根的数目决定。该临界点方程最多有三个实根,分别对应着三个稳态点和三条衍射光线。选取合适的Pearcey光束控制变量,如果三个实根中的两个相等,那么这两个实根对应的两条衍射光线会重叠,进而导致Pearcey光束的焦散线形成;如果三个实根全部相等,则会导致Pearcey光束光学尖点的形成。该研究不仅揭示了Pearcey光束的焦散线及光学尖点形成的数学机理,而且得到了焦散线方程和光学尖点位置。
物理光学 菲涅耳衍射 Pearcey光束 突变理论 
中国激光
2016, 43(9): 0905001
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了提高基于普适模型的无波前探测自适应光学(AO)算法的收敛性能,建立了一套基于Zernike模式的127单元变形镜AO系统仿真模型。以峰值斯特列尔比(Sr)和提出的快速稳定收敛百分比为评价标准,研究不同湍流强度下扰动系数、Zernike模式数、斜率因子对校正效果和收敛速度的影响,验证了该仿真系统对静态畸变波前良好的校正能力。结果表明,扰动系数小于0.01时系统可以稳定收敛;增加Zernike模式数可以提高系统收敛时的Sr,但同时收敛速度会有所降低。提出的改进矢量化斜率因子,可以有效提升系统在一次迭代后的校正效果,特别是对大畸变波前具有较强的适应性。
大气光学 自适应光学 波前校正 无波前探测 Zernike模式 变形镜 
中国激光
2016, 43(9): 0905002
作者单位
摘要
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
分析了涡旋光与平面波的干涉现象,利用涡旋光共轴叠加干涉生成携带双态轨道角动量的光,并将其应用于轨道角动量拓扑荷数的检测。利用叉形错位光栅制备呈中心对称的涡旋光束,并讨论了在不同拓扑荷数情况下,利用两束涡旋光束干涉制备双态轨道角动量光束。数值模拟和实验结果表明,随着拓扑荷数的数值及正负的变化,两束涡旋光束干涉叠加后其干涉图像发生规律性的变化,据此可检测涡旋光束。涡旋光束在信息传输及编码方面具有重要意义,此研究为其在自由空间通信中的复用提供了实验依据,也为光通信系统的性能改善提供了可能。
衍射 轨道角动量 干涉叠加 涡旋光束 叉形光栅 
中国激光
2016, 43(9): 0905003
作者单位
摘要
1 西南交通大学物理科学与技术学院量子光电实验室, 四川 成都 610031
2 中山大学物理科学与工程学院光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
空间光调制器(SLM)使用波长范围较窄、衍射效率不高,限制了高质量螺旋光束研究的开展。鉴于此,提出一种有效的SLM优化方法,可极大地提高基于SLM制备螺旋光束的光束质量。以650 nm波长激光为例,制备了具有不同轨道角动量值的螺旋光束。通过实验分析螺旋光束的强度分布、衍射效率等特征,证明了该优化方法的有效性。
衍射 轨道角动量 螺旋光束 空间光调制器 优化 
中国激光
2016, 43(9): 0905004
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学与技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 合肥 安徽 230026
3 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
通过级联方式在京沪光纤骨干网中实现了430 km的高精度频率传递。该级联系统包含了280 km和150 km两级系统,同时为了补偿光纤损耗,在两级链路中采用了低噪声高对称的双向掺铒光纤放大器。当每一级传递系统通过光学补偿方式达到稳定后,整个级联系统引入的频率不稳定度为在1 s处1.02×10-13和在104 s处8.24×10-17,实验结果验证了级联系统的实际结果与两级系统计算结果之间符合误差理论。
光纤光学 频率传递 级联系统 光学补偿 
中国激光
2016, 43(9): 0906001
作者单位
摘要
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 吉林 132012
提出了一种基于双芯光子带隙光纤(PBF)的单偏振(SP)定向耦合器,利用全矢量有限元方法(FEM)对其耦合特性进行了研究。结果表明:通过适当调整纤芯间微孔的大小及掺杂折射率可在耦合器获得SP特性;而纤芯间微孔椭圆率的变化并不会对其SP特性造成干扰,耦合器具有较高的结构参数容错性;通过优化参数,最终获得了一种长度仅为0.403 mm的SP定向耦合器。该耦合器在全保偏PBF(PM-PBF)谐振腔应用中, 能同时起到分束器及起偏器的作用,可以破坏次本征偏振态(ESOP)的谐振条件,有效抑制次ESOP的传输。这种具有较短长度的SP定向耦合器模场可与之前提出的PM-PBF的模场相匹配,有利于搭建起全PM-PBF谐振腔,这对抑制谐振式光纤陀螺(RFOG)热致偏振串扰噪声、提高RFOG的长期稳定性具有重要意义。
光纤光学 光子带隙光纤 单偏振定向耦合器 谐振式光纤陀螺 热致偏振串扰 
中国激光
2016, 43(9): 0906002
作者单位
摘要
1 重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室, 重庆 400065
2 重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室, 重庆 400065
针对LED通信系统中信道估计性能低的问题,提出了将正交频分复用(OFDM)系统与多输入多输出(MIMO)技术相结合的可见光通信系统及其基于信噪比的自适应信道估计算法。通过对最小二乘法(LS)、最小均方误差(MMSE)、离散傅里叶变换改进最小二乘法(LS-DFT)、离散傅里叶变换改进最小均方误差(MMSE-DFT)以及分布式压缩感知同步正交匹配追踪(DCS-SOMP)5种信道估计方法的研究,确定了信噪比的临界阈值。当信噪比低于临界阈值时,采用MMSE-DFT算法进行信道估计;当信噪比高于临界阈值时,选用DCS-SOMP算法进行数据重构并恢复信道脉冲响应矩阵。仿真结果表明,当信噪比为1 dB~40 dB时, 所提算法的均方误差得到有效降低(2.95 dB~15 dB),且LED通信系统的通信质量得到提高。
光通信 可见光通信 自适应信道估计 信噪比阈值 通信质量 
中国激光
2016, 43(9): 0906003
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心, 安徽 合肥 230088
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 安徽中医药大学第一附属医院内分泌科, 安徽 合肥 230031
皮肤胆固醇是评估动脉粥样硬化性疾病风险的新型生物标志物。为实现皮肤胆固醇的无创、快速检测,设计了一套基于漫反射光谱技术的检测系统。采用毛地黄皂苷-辣根过氧化物酶共聚物溶液模拟梯度浓度皮肤胆固醇。通过检测该共聚物溶液和受试者在体皮肤胆固醇,验证了系统的可行性。结果表明,在440~550 nm特征波段内,由相对漫反射率引入的参数S值与共聚物溶液浓度呈线性关系(相关系数r=0.992,P<0.01);控制年龄、性别等因素后,受试者在体皮肤胆固醇无创检测结果与血液中总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇呈显著正相关,相关系数r分别为0.837(P<0.01)和0.778(P<0.01)。漫反射光谱技术为皮肤胆固醇的检测提供了一种无创、便捷的方法。在体皮肤胆固醇的无创检测有助于动脉粥样硬化性疾病的早期发现。
医用光学 皮肤胆固醇 漫反射光谱 无创检测 动脉粥样硬化 
中国激光
2016, 43(9): 0907001
作者单位
摘要
国防科学技术大学海洋科学与工程研究院, 湖南 长沙 410073
干涉型光纤传感器是一种高灵敏度的传感器,在许多领域都具有重要应用价值,而偏振衰落是这种传感器中需要解决的一个重要问题。提出采用脉冲正交偏振切换及基于相位生成载波(PGC)的信号合成算法来实现抗偏振衰落。阐述了正交偏振切换方法的基本理论,分析了以PGC解调为基础的正交偏振切换合成算法的原理,搭建了实验系统进行实验研究。结果表明,当光纤中偏振态受到扰动时,通过正交偏振切换及合成算法,合成的结果等效干涉度可以稳定在0.93~0.94之间;解调结果的噪声可以达到四路偏振通道噪声的最低水平。该方法可以消除传输光纤中偏振扰动所造成的低频相位漂移,使解调结果不受传输光纤中偏振态扰动的影响。长时间的噪声监测结果表明,PGC调制频率为8 kHz时,系统噪声达到了-96 dB/Hz (1 kHz),与同一系统中采用法拉第旋镜作为反射镜测得的本底噪声相当。该方法为解决干涉型光纤传感器时分复用阵列,特别是基于光纤光栅的干涉型准分布式光纤传感器和分布式传感系统中的偏振衰落问题提供了一种可行的途径。
传感器 光纤传感器 偏振衰落 偏振切换 
中国激光
2016, 43(9): 0910001
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 中国计量科学研究院, 北京 100029
建立了光纤电流互感器的离散动态模型,理论分析了互感器比值误差及相位误差与系统环路增益之间的关系,确定了环路增益漂移是导致互感器长期运行精度劣化的主要原因之一。提出了一种环路增益在线监测方法,能实时检测环路增益的变化,监测值可以作为互感器长期运行的故障监测点之一。在此基础上实验验证了模型的正确性,结果表明:在保证静态测试精度的条件下,系统环路增益取值越大,环路增益波动对互感器比值误差和相位误差的影响越小。系统环路增益取值为0.05时,为保证长期运行互感器测试准确度不超过误差限值要求,环路增益波动应不超过10%。
传感器 光纤电流互感器 环路增益 比值误差 相位误差 在线监测 
中国激光
2016, 43(9): 0910002
杜剑波 1,2李道京 1,*马萌 1,2胡烜 1,2乔明 1
作者单位
摘要
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
实际飞行过程中载机的俯仰角和偏航角会在顺轨干涉处理的基线中引入交轨基线分量,在振动条件下对高程起伏地形难以精确成像。为实现机载合成孔径激光雷达(SAL)振动有效估计,提出了一种基于三探测器正交基线干涉处理的振动估计和成像处理方法,建立了信号模型并进行了精度分析。该方法需要使视场重叠,并利用了SAL非成像光学系统的特点来实现。介绍了利用一个对地宽幅成像探测器和三个振动估计探测器分置的光学系统实现方案,并讨论了探测器视场重叠度和信噪比对振动估计性能的影响。振动条件下对高程起伏地形的仿真成像结果验证了该方法的有效性。
遥感 激光光学 合成孔径 振动估计 干涉处理 正交基线 成像处理 
中国激光
2016, 43(9): 0910003
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
在传统的布里渊光时域反射(BOTDR)技术中,空间分辨率和自发布里渊散射谱宽相互制约。针对这一问题,将探测光改进为超短双脉冲,并利用检测频谱包络的方法得到BOTDR系统的空间分辨率。该方法提高了BOTDR系统的空间分辨率,同时可避免压窄脉冲引起的布里渊增益谱展宽对测量精度的影响。实验表明,该方案能实现0.5 m空间分辨率的温度测量,避免自发布里渊散射谱发生较大展宽。
传感器 光时域反射技术 布里渊散射 超短脉冲对 
中国激光
2016, 43(9): 0910004
作者单位
摘要
电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
高功率、高能量、波长可调谐中红外脉冲光纤激光源在生物医疗、材料加工、红外对抗等领域具有重要的应用前景,成为目前国内外研究的热点。高功率、高能量脉冲输出可采用主动或被动调Q方法实现。与主动调Q方法相比,被动调Q方法结构简单、价格低廉,在实际应用中更受青睐。
中国激光
2016, 43(9): 0915001