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高稳定高光光效率的Yb∶YAG单薄片再生放大器

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中国激光 2024年第2期51卷 39-44页

作者：石玉森李祖强潘雪肖奇汤晓云卢兴华王江峰张攀政姜有恩范薇李学春朱健强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 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出,是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统,连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 n... 详细信息

薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出,是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统,连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出,水平方向上的光束质量因子(M_(x)^(2))和竖直方向上的光束质量因子(M_(y)^(2))分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术,2 h输出的平均功率稳定性峰谷(PV)值和均方根(RMS)值分别为6.42%和0.56%。在600μs脉冲泵浦情形下,光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下,获得了53.3 W的高平均功率的激光输出,M_(x)^(2)和M_(y)^(2)分别为1.07和1.06。

关键词：激光器薄片激光器再生放大器脉冲泵浦激光稳定性

高功率激光系统中调制光束的复杂非线性传输效应

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中国激光 2024年第11期51卷 131-142页

作者：刘雨欣焦兆阳王宏昌孙明营朱健强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 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

非线性光场增强是导致高功率激光装置终端光学元件损伤的主要原因之一。系统地研究单缺陷的精细形貌以及双缺陷的三维空间分布对调制光束的非线性演变规律的影响,发现了多种非线性传输新现象并揭示了其产生机制。仿真结果表明:边缘陡峭... 详细信息

非线性光场增强是导致高功率激光装置终端光学元件损伤的主要原因之一。系统地研究单缺陷的精细形貌以及双缺陷的三维空间分布对调制光束的非线性演变规律的影响,发现了多种非线性传输新现象并揭示了其产生机制。仿真结果表明:边缘陡峭的单一缺陷会产生双峰热像,这打破了传统认知中缺陷和热像在纵向的共轭关系;双缺陷间的相互作用导致双缺陷中轴位置上额外热像峰的出现,打破了缺陷和热像在横向的一一对应关系。系列研究结果表明了调制光束非线性传输的复杂性,上游缺陷的精细形貌差别和相互干涉均可能使得下游产生额外的光场强区,强度得到进一步增强,最终导致基于原有关于B积分和热像认知的驱动器非线性控制策略失效。本研究结果加深了对复杂非线性光场传输规律的认知,不仅有助于优化装置中终端元件的排布,而且对高功率激光装置中大口径光学元件缺陷的精密检测和评估提出了新的要求,为高功率激光装置的终端负载能力提高提供了重要技术参考。

关键词：高功率激光驱动器非线性传输效应缺陷光场调制自聚焦

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基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法

光学学报 2024年第7期44卷 196-204页

作者：余惠丁新辉李大为周琼吕凤年卢兴强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 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

针对具有圆对称结构特征的光束,提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比,相同条件下,该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛,并大幅节省计算时间(约100倍),利用该算法设计的衍射光学元... 详细信息

针对具有圆对称结构特征的光束,提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比,相同条件下,该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛,并大幅节省计算时间(约100倍),利用该算法设计的衍射光学元件呈圆对称分布,结构简单、更易于加工;此外,设计实验对目标光束整形,验证了该算法的可行性,实验结果光强分布较好,为衍射光学元件的设计和加工提供了重要的指导意义。

关键词：物理光学汉克尔变换光束整形算法 Gerchberg-Saxton算法衍射光学元件

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黄河源区河宽的高效提取算法及年内变化特征

地理学报 2024年第5期79卷 1146-1160页

作者：谢朝帅刘苏峡周浩伟莫兴国中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学中丹学院北京100049 中国科学院大学北京100049

河流宽度是河流动态过程研究和水文、水动力模型的关键参数之一。传统水文测站无法观测河宽的空间分布,而卫星遥感影像可以实现河宽的大范围观测。本文选取黄河上游唐乃亥水文站以上流域作为研究区,基于Sentinel-2遥感影像,采用Google E... 详细信息

河流宽度是河流动态过程研究和水文、水动力模型的关键参数之一。传统水文测站无法观测河宽的空间分布,而卫星遥感影像可以实现河宽的大范围观测。本文选取黄河上游唐乃亥水文站以上流域作为研究区,基于Sentinel-2遥感影像,采用Google Earth Engine大数据云计算平台和RivWidth方法提取河宽,并开发了一种新的河流连通性的构建方法,提高了RivWidth的运算效率,最终生成了2019—2021年黄河源区10 m空间分辨率的逐月河流宽度数据(Monthly River Width Data,MRWD)。结果表明,本文开发的河流连通性的构建方法使得RivWidth的运算效率提高了24.7%。逐月河流宽度数据包括6.1×106个河流宽度估算值,覆盖了黄河源区2035 km的河流。与水文站点实测河宽和全球河流宽度数据河宽(Global River Widths from Landsast,GRWL)对比验证结果显示,本文新算法反演的逐月河流宽度数据的平均绝对值百分比误差、均方根误差和相对均方根误差分别为7.82%、11.62 m、8.84%。基于逐月河流宽度数据,本文发现黄河源区范围内大约有41%的河道窄于100 m,85%以上的河道宽度小于500 m,仅2%的河道宽度超过1000 m。本文生成的逐月河流宽度数据可为地表水资源管理提供重要参考依据。

关键词： Sentinel-2 GEE 黄河源区河宽 RivWidth河宽提取算法

高功率激光装置前端和预放大系统精密调控技术进展

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中国激光 2024年第11期51卷 72-91页

作者：范薇汪小超王江峰黄大杰卢兴华陈伟张雨佳张天宇李学春朱健强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 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

高功率激光装置是研究激光聚变和高能量密度物理的重要技术手段之一。激光聚变点火对激光装置的能量控制精度、时间功率曲线的控制能力、光谱的控制以及近远场光束质量的控制等都提出了极高的要求,这些参数都能直接影响到激光聚变的物... 详细信息

高功率激光装置是研究激光聚变和高能量密度物理的重要技术手段之一。激光聚变点火对激光装置的能量控制精度、时间功率曲线的控制能力、光谱的控制以及近远场光束质量的控制等都提出了极高的要求,这些参数都能直接影响到激光聚变的物理实验结果。国内高功率激光装置的前端和预放大系统在过去60余年取得了巨大进步,从最初单一的时间波形控制和同步静态控制发展到了当前的激光光束的高稳定全域主动控制。综述了神光II系列激光装置前端和预放大激光系统的精密调控技术的发展历程。

关键词：激光技术激光聚变激光驱动器高功率激光装置激光调控

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基于辐射传输模型探究机载高光谱激光雷达的植被垂直生化组分探测能力

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 2083-2092页

作者：郝一硕牛沂芳王力毕恺艺中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室(中国科学院)北京100101 中国科学院大学北京100049

自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森... 详细信息

自然环境下的植被群落,由于各种群之间以及种群与环境间的竞争与选择,常呈现出一定的垂直结构,对于同一植株的不同生长阶段,在垂直方向也有着不同的生理生化参数。对这种三维立体分布特征进行探测,能够进行生态环境立体化定量评价,对森林碳储量估算和生物多样性保护等具有重要意义。传统的被动光学遥感以及激光雷达在植被生化参数垂直探测方面有较大的局限性,而高光谱激光雷达(Hyperspectral LiDAR,HSL)这一新型探测仪器的出现为探测植被生理生化参数垂直分布提供了新的手段。但由于受到硬件方面的限制,HSL在机载平台下对森林复杂立体场景的适用性尚未得到充分研究。故首先基于HSL原型样机在实验室开展小尺度的室内测量,以火炬花植株为目标,验证其对空间信息和光谱信息的一体化提取能力;随后进一步使用三维辐射传输模型构建具有垂直异质性特征的森林场景,模拟机载HSL设备实现森林的高光谱三维点云提取,结合植被指数和随机森林模型对场景中三种不同植被冠层的叶绿素浓度和类胡萝卜素浓度进行反演。结果表明:室内实验证实了HSL回波信息可以有效区分植株不同高度处光谱曲线的差异,火炬花上部红色叶片和下部绿色叶片的归一化植被指数分别小于和大于0.5;基于三维辐射传输模型成功构建了虚拟森林场景的机载HSL高光谱三维点云,在得到的24组植被指数中,有17组指数表现出良好的探测精度(平均绝对百分比误差MAPE<13%);植被叶绿素反演模型R^(2)达到0.93,上层、中层和下层的平均绝对误差MAE分别为6.26、3.40和2.81;类胡萝卜素反演模型R^(2)为0.91,上层、中层和下层的MAE分别为1.59、2.58和0.39。该研究显示出HSL设备是一种立体化提取植被光谱信息的有效手段,在探测森林等复杂植被场景的生化组分垂直分布方面具有巨大的应用潜力。

关键词：森林立体场景机载高光谱激光雷达三维辐射传输模型植被生化组分

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南海洋脊跃迁的深地震探测数据分析

地球物理学报 2024年第6期67卷 2364-2377页

作者：全余杰关慧心赵明辉张佳政贺恩远程锦辉中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室中国科学院南海海洋研究所广州511458 中国科学院大学北京100049

洋脊跃迁事件是海底扩张阶段受强烈构造和岩浆作用的普遍现象,地球物理资料表明洋脊跃迁事件存在于南海多期次海底扩张过程中,然而关于洋脊跃迁的深部速度结构特征尚不清楚.2021年国家自然科学基金共享航次实施了深地震探测测线OBS2021... 详细信息

洋脊跃迁事件是海底扩张阶段受强烈构造和岩浆作用的普遍现象,地球物理资料表明洋脊跃迁事件存在于南海多期次海底扩张过程中,然而关于洋脊跃迁的深部速度结构特征尚不清楚.2021年国家自然科学基金共享航次实施了深地震探测测线OBS2021-1,该测线横穿南海东部次海盆洋脊跃迁(J3)区域.本文介绍了该测线数据的采集情况,完成了导航文件(Ukooa文件)的制作、原始数据的格式转换、炮点位置和海底地震仪(OBS)位置校正的前期数据处理工作.结果表明,OBS2021-1测线数据质量良好,经过炮点和OBS位置校正后,OBS综合地震记录剖面可识别出多组清晰的P波震相,包括Pw、Pg、PmP以及Pn震相.根据同船采集的多道地震处理解释和国际大洋发现计划(IODP)钻探数据,建立了沿测线的初始速度模型.使用RayInvr软件初步获得了OBS2021-1测线下方的正演速度结构模型,识别洋脊跃迁的深部速度结构特征.数据处理结果表明南海洋脊跃迁的地壳厚度增厚,在多道地震剖面上存在渐新世地层的缺失,为进一步研究南海洋脊跃迁过程与构建南海形成演化历史奠定了研究基础.

关键词：海底地震仪数据处理速度模型洋脊跃迁南海

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结合精确阵列响应控制的时域宽带波束图综合

声学学报 2024年第2期49卷 344-360页

作者：徐嘉懿厉剑李晓东郑成诗中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院噪声与振动重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

提出了采用时域结构的低计算复杂度宽带波束图综合方法。首先,引入自适应零陷波束设计思想,通过在特定频率与角度设置虚拟干扰源,实现对旁瓣区域阵列响应的精确控制,多次迭代控制后满足波束设计要求。其次,所提方法能够在现有波束设计... 详细信息

提出了采用时域结构的低计算复杂度宽带波束图综合方法。首先,引入自适应零陷波束设计思想,通过在特定频率与角度设置虚拟干扰源,实现对旁瓣区域阵列响应的精确控制,多次迭代控制后满足波束设计要求。其次,所提方法能够在现有波束设计基础上实现灵活调整,根据旁瓣级等设计参数的变化快速更新波束图。理论研究表明,相较现有采用内点法的波束图综合方法,所提方法降低了单次迭代计算复杂度,有效提升了波束设计效率。仿真实验与半消声室实验结果表明,该方法所设计波束形成器相较传统固定波束形成器具有更低的旁瓣级,并且对方向性干扰有更好的抑制效果。

关键词：波束图综合传声器阵列固定波束形成旁瓣控制

基于卷积滤波的谱元法在长时程波场模拟中的应用

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