提出了一种基于阵列透镜和渐变多模光纤集束的调频脉冲测试方法,该方法通过渐变折射率多模光纤提供较大的接收孔径,通过子孔径拼接方式取样降低取样光斑在光纤端面的漂移,两者相结合可实现光束近场能量到光纤集束的高效稳定耦合。该方法中的渐变多模光纤集束可携带更多的取样光能量,有利于脉冲的高对比度测量。实验结果表明,本技术方案能够实现调频脉冲光束整体时间特性的保真测量,测量对比度可达630∶1。

提出了基于邻域向量主成分分析(NVPCA)图像增强的弱小损伤目标检测方法.该方法将损伤图像中的每个像素和它的8邻域像素看作一个列向量参加运算, 由每个像素生成的所有列向量构建一个9维的数据立方体, 通过PCA变换后中间像素和邻域像素之间不相关, 消除小目标和邻域像素之间的相关性, 这样9维数据立方体的主要信息将集中在第一维, 则变换后的第一维数据为NVPCA图像.另外, 使用局域对比度法对NVPCA图像再一次进行处理后, 获得了较好的图像增强效果.最后, 使用区域增长法将损伤目标从背景中分离出来.实验结果表明, 该方法能够检测损伤大小为1个像素和处于局部亮区的损伤目标, 满足了在线光学元件损伤检测光学系统对于损伤目标精度的要求.

提出一种基于共轭反射的高功率激光装置靶点时间同步测试方法。首先在靶点两侧放置一对相互平行、相对靶点距离相等的反射镜, 在反射镜关于靶点的共轭像点处放置两个高速光电探测器, 随后将靶室上下两个半球入射到靶点的激光分别反射到共轭像点的两个光电管上, 光电管输出波形信号的时间间隔即为待测光路之间的时间同步差。该测试方法具有操作简单、测试效率高等特点, 已成功应用于高功率激光装置多路激光时间同步的精密诊断。

构建光克尔效应时间门物理模型, 采用抽运探测实验获得的二硫化碳(CS2)克尔信号曲线作为光开关门响应函数, 对光束传输进行时间切片和空间离散, 模拟出了光开关门的时空演化规律。研究了在不同的抽运光与探测光夹角和光束空间分布情况下的时间门宽度和光束强度分布。结果表明: 对于高斯空间分布的抽运光束和探测光束, 随着抽运光束与探测光束夹角增大, 时间门变窄, 光斑由对称圆变成椭圆形, 交叉角越大, 椭圆度越大; 如果抽运光束和探测光束的空间分布为超高斯分布, 随着光束夹角增大, 开关门的时间曲线前沿不断变缓, 但光斑空间形状基本没有变化, 椭圆光斑的椭圆度约为1/3。这些结果为抽运探测和光学弹道成像等实验参数的选取提供了一定的参考依据。

通过在碲玻璃中添加重金属离子, 尝试制作了具有较大的非线性折射率、时间响应快、吸收小的光开关玻璃。采用超快飞秒光克尔门技术对光开关玻璃的光克尔信号进行测试, 测试结果显示, 光开关玻璃的光克尔信号对称性好, 信号半高宽度达到~225 fs, 三阶非线性极化率达到~0.8×10-20 m2/V2, 透过率达到70%~80%; 研制的光开关玻璃为皮秒和飞秒光开光材料的选取提供了依据。

针对非啁啾激光脉冲, 提出了一种基于枚举思想的高功率激光装置非线性相移测试方法。结合脉冲波形和能流变化, 得到不同非线性相移假设值下脉冲放大后展宽光谱的理论分布。然后将展宽光谱的理论分布与实测结果进行比较, 两者残差最小时理论展宽光谱对应的非线性相移假设值即为测量结果。测试技术和方法不受脉冲时间波形的限制, 有效提高了测量结果的置信度。

针对调频小宽带脉冲传输过程中调频到调幅(FM-to-AM)效应的演化规律, 结合理论模拟与实验验证, 研究了一定线宽下不同级次光谱缺失或损耗所引起的脉冲的时间波形变化量及变化特征, 结果表明波形调制度与光谱成分缺失量成线性增长关系, 波形调制的轮廓与缺失光谱成分在光谱中的位置相关。这些结果为FM-to-AM效应的预补偿和抑制提供了依据, 对激光器安全运行和改善物理实验效果具有一定意义。

提出了一种基于自聚焦透镜耦合单模光纤测量调频小宽带脉冲时间波形的技术方案。理论分析和实验结果表明:自聚焦透镜耦合光纤的取样能量随透镜与光束夹角增大而减小，但同一角度下各级次光谱耦合效率一致，取样过程不会引入附加的调频-调幅(FM-AM)效应，耦合效率下降一半时允许的光束角漂量为1 mrad。该技术方案除具有便于集成、低成本、抗光束扰动能力和电磁干扰能力强等优点外，还通过自聚焦透镜扩大了取样面积，有效提高了取样能量，并抑制了光束截面能量起伏对测量系统的不良影响。该技术方案为高功率激光装置脉冲波形测量技术的改进研究提供了一定的理论和实验基础。

激光脉冲波形的精密诊断是大型激光装置运行控制和精密物理实验的前提, 而动态范围的大小是衡量诊断系统的关键指标之一。为了满足高功率激光装置对纳秒级整形激光脉冲对比度控制及精密诊断的需求, 采用双探测器与数字示波器四通道分组并行取样的诊断方法, 通过将整形激光脉冲分解为不同的幅值区域并送入示波器的不同输入通道, 每个通道采用不同的垂直灵敏度档位进行探测, 最后利用共同的时基完成波形的对接重构。研究结果表明, 采用的方法可以实现2 500:1的动态范围, 在偏差为2%的测量精度内, 可以实现对比度高达100:1的多台阶整形脉冲的全波形测量。