为了实现大气湍流动态干扰下望远镜对远距离目标的超衍射极限成像, 采用光学超振荡原理局部衍射压缩光学系统点扩散函数, 并对提高成像分辨率效果进行了理论研究。结果表明, 中等湍流强度校正后,波前残差均方根约为波长的1/15(波长λ=632.8 nm)时的干扰下, 超振荡光场调制能够实现望远系统点扩散函数的衍射压缩, 衍射压缩倍率为0.75; 对不同中心间距双孔的成像研究验证了超振荡望远系统约0.80倍瑞利衍射极限的超分辨成像效果; 波前残差的均方根大小可能会导致望远系统点扩散函数的衍射压缩倍率和成像分辨率存在差异。此研究结果可应用于高精度星点定位、超分辨望远等领域。

为了提高远距离测速精度, 采用一种基于小波分解与重构(WDR)联合快速傅里叶变换(FFT)的信号处理方法(WDR & FFT), 进行了理论分析与实验验证, 取得了不同速度下的硬目标脉冲相干测速数据。结果表明, WDR & FFT方法可准确地分辨速率变化为0.02 m/s的目标。该研究为远距离低速目标的高分辨率测速提供了参考。

为了研究云粒子微观特性, 采用激光成像技术、高斯光束匀化处理技术、高分辨率阵列探测器以及图像抽帧还原算法, 研制出激光云粒子成像仪。通过地面模拟测量及实际飞行试验, 对仪器性能进行了测试。结果表明, 研制仪器可实现对25 μm~1550 μm云粒子的成像, 分辨率为25 μm, 粒径测量误差小于9.5%; 实测的冰晶粒子形态符合云粒子自然分布规律, 粒子尺度谱符合指数分布, 决定系数在0.58~0.97之间。该研制仪器可为云降水微物理研究提供基础观测数据。

为了更好地检测低空风切变, 保障飞机的飞行安全, 提出了一种基于小波变换模极大值的激光雷达风切变预警算法。先用小波变换求取重组逆风廓线上的模极大值, 找到“拐点”后再利用风切变判断标准来判断。在进行数值仿真和来自湖北郧西气象站、四川攀枝花机场的现场检测验证后, 确认新算法在准确性及效率方面都有良好的性能, 且脉冲型数据使用biorthogonal系中双数小波检测结果较准确, 而阶跃型和斜坡型数据需使用Daubechies系中Db5小波。结果表明, 鄂西北郧西县和攀枝花保安营机场均有风切变发生, 风切变强度为重度。该算法能检测不同类型的风切变, 不用考虑风切变的尺度, 较好地弥补了现有算法的不足, 为飞机的起降提供技术保障, 对实时检测和预警也有重大的意义。

为了探索初始1阶相位调制对高斯光脉冲光纤中长距离传输特性的影响规律, 从光纤中的非线性光演化方程出发, 采用分步傅里叶算法, 数值研究了初始1阶相位调制的高斯光脉冲在光纤中传输时的形状、幅度、时间轨道的演化特性。结果表明, 高斯脉冲在长距离传输中, 一方面其幅度呈现出衰减的振荡行为, 另一方面其时间轨道则因为1阶相位调制的存在而发生直线平移, 直线平移的大小和方向分别取决于相位调制参量的绝对值和正负号。该工作可扩展非孤子脉冲的长距离传输特性研究, 并可用于脉冲时间轨道的直线调控。

为了实现对25μm~1550μm范围云粒子的测量和成像, 采用了光学成像方法, 基于准直光束照射的云粒子在64元探测器上投影切片组合的原理, 研制了机载激光云粒子成像仪。介绍了激光云粒子成像仪各组成部分的功能, 进行了探测单元量化标准、数据获取与处理方法、以及影响云粒子成像准确性的因素等方面的分析。建立了粒子尺寸校准装置, 并采用7种规格的标准圆点进行了校准实验。结果表明, 机载激光云粒子成像仪可探测到云粒子并成像, 实现了粒子的尺寸测量和2维图像显示。

为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器, 采用主振荡功率放大结构, 对声光调Q的全光纤激光器进行了研究。振荡级采用声光调Q方案, 以光纤光栅对为激光器腔镜, 915nm激光二极管连续抽运, 得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出。采用两级大模场双包层光纤放大, 实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出。第二放大级光光转换效率69%, 激光器总光光转换效率达62.7%。分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因。结果表明, 采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性, 在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%。

采用脉冲泵浦方案，研制出了基于增益调制技术的全光纤结构高重频脉冲激光器。采用电路直接调制的激光二极管作为泵浦源，双包层光纤作为增益介质，构造了光纤光栅选模的线形腔结构。实验中通过调整泵浦光脉冲宽度和光纤激光器谐振腔长度，得到了稳定的高重频脉冲。在100 kHz重复频率下，采用21 W的峰值泵浦功率和2.5 μs的泵浦脉冲宽度，获得了1.06 μm波长，脉冲宽度247 ns的稳定脉冲激光输出。脉冲峰值功率一致性好，平均功率长期功率稳定性为2%。观察并分析了由于纵模拍频在脉冲包络上产生的次脉冲特性。通过一级放大实现89.6 W输出。

基于单能质子对CR39的标定实验,利用获取的响应曲线,设计了一种内爆初级质子的直接测量方法。在内爆初级质子产额较低的情况下,该方法可获得更多的计数。对实验中的噪声信号排除做出了说明,并对其背景噪声来源进行了分析,以提高实验数据的精确性。利用标定数据,对CR39上观察到的径迹进行鉴别,确定质子径迹并测量其径迹参数,从而确定质子能量。在随机扫描的约300个显微镜视场中获得了200个质子径迹数据,并通过与标定数据比对,获得了它们各自的能量,再利用蒙特卡罗程序Geant4修正铝膜的岐离,最终确认本次内爆实验初级质子的能谱峰值应该在2.4~2.6 MeV之间,据此换算到靶丸面密度为7~8 mg/cm2,为实验结果的进一步后续分析提供了依据。

为了研究光纤激光器工作中的自发辐射现象，从掺Yb3+光纤的能级结构和速率方程出发，建立主振荡功率放大（MOPA）光纤激光器的数学模型，对系统内各参量进行了数值计算。分析结果显示：在抽运工作稳态条件下，放大器的系统储能和自发辐射受到抽运强度和粒子掺杂浓度的影响；对于低重复频率的脉冲信号，放大过程中的自发辐射非常严重。为了减弱自发辐射，将连续抽运换成适当脉宽的脉冲抽运，即在信号脉冲前进行一段能够刚好让上能级粒子数充分恢复的脉冲抽运，可以在不影响信号脉冲放大的前提下，明显削弱连续抽运情况持续存在的自发辐射。数值模拟表明该方法在适当的抽运脉宽和强度下是可行的，实验数据则较为完好地印证了计算结果。