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高斯光束场分布对相干探测混频效率的影响

红外与激光工程 2015年第2期44卷 539-543页

作者：李向阳马宗峰石德乐山东航天电子技术研究所山东烟台264670

在相干探测系统中,信号光与本振光在探测器上进行混频产生中频信号,实现将携带目标信息的信号光转置与放大,实现了近量子噪声限的探测方式。为了有效利用回波信号获得良好的探测性能,有必要对两束光的混频特性进行研究。信号光与本振光... 详细信息

在相干探测系统中,信号光与本振光在探测器上进行混频产生中频信号,实现将携带目标信息的信号光转置与放大,实现了近量子噪声限的探测方式。为了有效利用回波信号获得良好的探测性能,有必要对两束光的混频特性进行研究。信号光与本振光在探测器光敏面上的分布决定了两束光的混频效率,只有信号光与本振光的场分布完全一致探测器输出的中频光电流最大。通过对高斯光束的混频进行理论推导并进行数值模拟,结果表明混频效率对光敏面上信号光的分布较为敏感,本振光束腰半径应该等于或略大于信号光束腰的半径,探测器光敏面半径应约为本振光束腰半径的2倍。

关键词：相干探测混频效率高斯光束数值模拟

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激光辐照光学窗口的温度场分析

激光与红外 2022年第2期52卷 259-265页

作者：易瑔戴颜斌杨建昌张宇航陆军装甲兵学院兵器与控制系北京100072

为准确理解激光辐照窗口材料引起的物理效应,建立了材料表面与空气换热的三维热传导模型。利用积分变换方式进行计算,得到了温度场解析表达式。计算并仿真了三种常用光学窗口材料的温度场,理论分析了激光参数、材料参数对温度场的影响,... 详细信息

为准确理解激光辐照窗口材料引起的物理效应,建立了材料表面与空气换热的三维热传导模型。利用积分变换方式进行计算,得到了温度场解析表达式。计算并仿真了三种常用光学窗口材料的温度场,理论分析了激光参数、材料参数对温度场的影响,并对比了绝热和换热条件下的温升差异。结果表明,增大辐射功率和减小光斑半径,有利于提高中心温度;材料温升与密度、比热和反射率成负相关,与吸收系数成正相关;本文提出的与边界换热模型解决了绝热模型无法计算平衡温度和不能体现主光轴温度分布趋势的问题。

关键词：材料温度场连续激光高斯光束

高斯光束整形为平顶光束的非球面镜系统设计与优化

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黄冈师范学院学报 2023年第3期43卷 54-57页

作者：舒存铭唐泽斌谢玉林黄冈师范学院信息化建设办公室、教育技术服务中心湖北黄冈438000 黄冈师范学院物理与电信学院湖北黄冈438000

本文利用费米-狄拉克函数建立了平面顶部的光束模型,并对其进行了理论推导。然后,利用光学仿真软件建立高斯光束整型系统模型,利用光场的物理光学传播规律追踪光学系统,得出了光束的强度分布及特征,并分析仿真结果,该结果可为高斯光束... 详细信息

本文利用费米-狄拉克函数建立了平面顶部的光束模型,并对其进行了理论推导。然后,利用光学仿真软件建立高斯光束整型系统模型,利用光场的物理光学传播规律追踪光学系统,得出了光束的强度分布及特征,并分析仿真结果,该结果可为高斯光束整形为平顶光束的非球面镜系统奠定理论基础。

关键词：高斯光束非球面镜整形系统光学设计平顶光束

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基于光学透射法的浓密机泥层高度检测

控制工程 2023年第2期30卷 284-291页

作者：张耘嘉崔东亮亢佳俊代学武冯吉波姚茗翰东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

针对浓密机内部复杂环境下的泥层高度在线检测难题,提出了以浊度代替浓度,采用光学透射法以光强衰减来检测泥层高度的在线监测系统。基于朗伯比尔定律构建了高斯光束传播模型,描述了不同光程处的光斑大小、接收光强和矿浆浓度之间的关系... 详细信息

针对浓密机内部复杂环境下的泥层高度在线检测难题,提出了以浊度代替浓度,采用光学透射法以光强衰减来检测泥层高度的在线监测系统。基于朗伯比尔定律构建了高斯光束传播模型,描述了不同光程处的光斑大小、接收光强和矿浆浓度之间的关系,为光程设计、发光管发射角和接收管面积的选型提供了参考。同时提出了一种关键参数最优估计方法,以浊度的变化率来得到泥层高度。实验装置具有无需准直透镜聚焦、结构简单的优点。实验验证了模型和方法的可靠性,为浓密机泥层高度的实时监测提供了新的测量方式,可以达到提高运行效率、降低运行成本的目的。

关键词：浓密机内部泥层高度光学透射法朗伯比尔定律高斯光束矿浆浓度

高斯光束经轴锥镜-透镜系统变换后的解析描述

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光子学报 2021年第7期50卷 298-302页

作者：代梦诗李重光楼宇丽陈晓雪昆明理工大学理学院激光信息处理技术与应用重点实验室昆明650500

从夫琅禾费衍射积分公式出发,利用卷积定理和零阶汉克变换性质,推导出基横模高斯光束垂直入射轴锥镜-透镜组合光学系统后,在透镜后焦面上的光强分布解析描述公式,建立了环形结构光强度分布与轴锥镜-透镜组合中主要光学参数之间的数学关... 详细信息

从夫琅禾费衍射积分公式出发,利用卷积定理和零阶汉克变换性质,推导出基横模高斯光束垂直入射轴锥镜-透镜组合光学系统后,在透镜后焦面上的光强分布解析描述公式,建立了环形结构光强度分布与轴锥镜-透镜组合中主要光学参数之间的数学关系,为环形结构光强度分布的快速模拟,以及生成环形结构光的光学系统设计提供理论支撑。根据所推导公式进行了数值模拟和实验验证,分别得到一均匀分布的环形结构光,且二者圆环大小相近,验证了理论结果的正确性。

关键词：高斯光束轴锥镜-透镜组合夫琅禾费衍射解析描述环形结构光

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不同光束类型致铝合金表面漆层损伤形貌研究

激光与红外 2023年第6期53卷 869-874页

作者：杨文锋何双江李绍龙李天权中国民用航空飞行学院民机复合材料研究中心四川广汉618307

漆层的损伤形貌反映了激光与材料相互作用的规律及除漆机理,了解不同光束类型对漆层的损伤特征及作用规律有助于选择激光精准除漆,提高表面处理质量。为探究不同光束类型对漆层材料的作用规律及除漆机理,采用扫描电子显微镜和3D光学表... 详细信息

漆层的损伤形貌反映了激光与材料相互作用的规律及除漆机理,了解不同光束类型对漆层的损伤特征及作用规律有助于选择激光精准除漆,提高表面处理质量。为探究不同光束类型对漆层材料的作用规律及除漆机理,采用扫描电子显微镜和3D光学表面轮廓仪测量铝合金表面漆层在高斯与平顶激光除漆后,损伤直径、损伤深度及损伤形貌随能量密度的变化。结果表明,在高斯光束作用下,表面漆层损伤区域受到热烧蚀和热振动效应影响,出现漆层剥离、烧蚀去除等现象,损伤凹坑光滑、规则,当能量密度为1237J/cm2时,漆层的损伤直径达到4671μm,深度达到1014μm;在平顶光束作用下,表面漆层损伤区域主要受到热振动效应影响,损伤凹坑呈现出振动剥离去除的形貌,凹坑范围内的漆层剥落不规则,剖面呈“锯齿”状,当能量密度为1237J/cm2时,损伤直径达到6123μm,深度达到1942μm;同等能量密度下,平顶光束剥离漆层量更大。

关键词：高斯光束平顶光束损伤形貌除漆机理

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基于圆锥镜组的空心光束整形器研究

光学学报 2023年

作者：赵媛媛叶一东杨钧兰王锋中国工程物理研究院应用电子学研究所

光镊技术使得光的力学效应走向实际应用，可以精准操控微观粒子。局域空心光束凭借其桶状光强分布和小的暗斑尺寸等物理特性，在光学囚禁和光镊等方面均有着重要的应用价值。采用圆锥镜产生空心光束得方法简单易行，且转换效率高，对微... 详细信息

光镊技术使得光的力学效应走向实际应用，可以精准操控微观粒子。局域空心光束凭借其桶状光强分布和小的暗斑尺寸等物理特性，在光学囚禁和光镊等方面均有着重要的应用价值。采用圆锥镜产生空心光束得方法简单易行，且转换效率高，对微小粒子的捕获十分有利。本文采用一对圆锥镜作为整形器来产生准直平行的空心光束，并根据能量守恒定律得到了整形后的空心光束的光强表达式，然后基于菲涅尔衍射积分公式仿真模拟了该空心光束在自由空间不同传播距离处的衍射光斑及截面光强分布图，并计算得到了光束质量因子分别随截断直径与高斯光束半径的比值和遮拦比变化的关系曲线，为实际获得良好光束质量提供整形器设计依据；又对该系统进行了锥顶角一致性、偏心及倾斜误差对波面误差的影响分析，结果表明，对于同样大小的误差，较大的锥顶角设计得到的整形光束的波面误差较小，有利于增加加工和装调的容差范围，且装调中的偏心误差和倾斜误差具有一定的等效性，在装调中通过调整偏心方向和大小，可以在一定程度上可以抵消倾斜误差的影响，实现综合误差的互相抵消，为实际应用中的圆锥镜组整形器加工和装调提供有益的参考。最后对整形出的空心光束做了近远场测量，实验表明实际光束质量因子符合理论计算结果。

关键词：高斯光束空心光束圆锥镜光束整形衍射传输误差分析

RS编码联合分集接收系统对海洋湍流抑制性能研究

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光学学报 2023年

作者：杨祎邱晓芬王晓波张建磊和晗昱聂欢刘浩宇西安邮电大学电子工程学院中国船舶集团公司第705研究所水下信息与控制重点实验室

针对水下无线激光通信链路性能劣化问题，基于Yue谱推导了高斯光束在包含有限外尺度和海洋水体分层不稳定度的弱海洋湍流信道下的空间相干半径和闪烁指数闭合解析式，量化了基于高斯光束的海洋分集接收系统中的湍流强度和探测器间距阈... 详细信息

针对水下无线激光通信链路性能劣化问题，基于Yue谱推导了高斯光束在包含有限外尺度和海洋水体分层不稳定度的弱海洋湍流信道下的空间相干半径和闪烁指数闭合解析式，量化了基于高斯光束的海洋分集接收系统中的湍流强度和探测器间距阈值；在此基础设计了一种基于高斯光束的RS编码联合均衡等增益合并（EEGC）算法的单入多出(SIMO）通信系统，采用双曲正切函数法推导了系统的平均误码率（ABER）闭合解析式，并研究了海洋水体分层的不稳定程度和探测器分布方式对系统性能的影响。仿真结果表明，海洋水体分层的稳定与否对系统性能影响较为明显。此外，本文设计的系统可有效抑制高斯光束在复合海洋信道下的湍流效应，湍流越强，抑制效果越显著；也可有效降低探测器的分布方式对采用高斯光束传输的SIMO系统性能的影响。

关键词：无线光传输海洋湍流高斯光束分集接收 RS编码

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一维会聚非傍轴高斯光束焦线附近的光场特性

中国激光 2022年第3期49卷 50-56页

作者：郭福源李连煌郑华福建师范大学光电与信息工程学院激光与光电子技术研究所光子技术福建省重点实验室医学光电科学与技术教育部重点实验室福建福州350007

傍轴近似常被用于光束传输理论的表达,数值计算常被用于非傍轴光束的传输特性分析。为了使一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性更加简明,本文基于倾斜因子由观察方倾斜角余弦平方根表达的非傍轴衍射积分公式,给出了符合行波场辐射能守恒... 详细信息

傍轴近似常被用于光束传输理论的表达,数值计算常被用于非傍轴光束的传输特性分析。为了使一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性更加简明,本文基于倾斜因子由观察方倾斜角余弦平方根表达的非傍轴衍射积分公式,给出了符合行波场辐射能守恒定律的一维会聚非傍轴高斯光束的焦平面光场分布表达,同时给出了焦点附近一维会聚非傍轴高斯光束的轴上点光强和相位特性表达。当一维会聚非傍轴高斯光束的最大倾斜角远大于高斯光束的远场发散角时,合理的观察方倾斜因子可将高斯光束传输特性从傍轴领域延拓到非傍轴领域。本文阐明了一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性,并验证了用观察方倾斜角余弦平方根表达观察方倾斜因子的合理性。

关键词：衍射光束传输倾斜因子非傍轴高斯光束聚焦