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可調諧(氣體)激光技術國家級重點實驗室:深耕光學 服務國家

cici 來源:fun88官网平台2017-12-08 我要評論(0 )   

編者按:可調諧(氣體(ti) )激光技術國家級重點實驗室依托哈爾濱工業(ye) 大學,於(yu) 1997年4月批準對外開放運行。該實驗室的建立標誌著哈爾

      編者按:

可調諧(氣體(ti) )激光技術國家級重點實驗室依托哈爾濱工業(ye) 大學,於(yu) 1997年4月批準對外開放運行。該實驗室的建立標誌著哈爾濱工業(ye) 大學在可調諧激光技術、非線性光學技術、激光空間通信等方麵建成了國內(nei) 一流的先進研究平台,對提高我國光電子技術的自主創新能力,縮小與(yu) 國際先進水平的差距具有重要意義(yi) 。

在今天發達的互聯網上,關(guan) 於(yu) 這一實驗室的消息仍屈指可數,以上這段話是對它最詳細的介紹。這一實驗室的“神秘性”令人好奇、向往。今天,fun88官网平台將揭開實驗室的神秘麵紗,帶領大家走進它、認識它。

衛星激光通信:構建空間信息網絡的核心

衛星激光通信技術是建立天基衛星激光高速信息網絡的核心技術。建立我國空間激光高速實時信息網絡,構建天地一體(ti) 化的信息網絡,建設強大的信息係統國度,掌控空間信息主動權,對我國的空間戰略發展具有重大意義(yi) 。

1991年,哈爾濱工業(ye) 大學衛星激光通信團隊在我國率先開展了衛星激光通信技術研究。

2011年,成功進行了我國首次低軌衛星星地激光通信試驗。

2017年5-8月,成功進行了國際上首次同步衛星與(yu) 地麵雙向高速激光通信,數據率每秒5吉。創造了多項國際第一。

在馬晶和譚立英教授帶領下,衛星激光通信技術重點學科實驗室已突破衛星激光通信終端技術、衛星激光鏈路係統技術和衛星高速激光通信網絡係統技術,研製了星間、星地係列衛星激光通信終端30餘(yu) 台套,衛星激光通信終端已實現6代產(chan) 品技術的發展更新,終端已實現小型化、一體(ti) 化、輕量化,技術水平國際一流。

目前,該項技術完成了成果轉化,空間激光通信終端的研製和生產(chan) 能力居國際前列,可以滿足我國建立衛星實時動態高速激光通信測距組網的需求。這將使我國在空間信息戰略領域處在世界之巔。

26年來,團隊共獲國家及省部級獎項14項,其中包括:2014年獲國家技術發明一等獎,2009年獲國家技術發明二等獎,2016年獲得黑龍江省技術發明特等獎。獲有關(guan) 衛星光通信的國家發明專(zhuan) 利授權67項;發表有關(guan) 衛星激光通信論文300餘(yu) 篇,出版衛星光通信等專(zhuan) 著5部。

激光損傷(shang) 動力學研究實驗站:為(wei) ICF研究服務

在國家重大專(zhuan) 項和學科建設的共同支持下,呂誌偉(wei) 教授課題組建成專(zhuan) 門從(cong) 事高功率激光與(yu) 物質相互作用研究的實驗室——激光損傷(shang) 動力學實驗站。

實驗站服務於(yu) 我國激光驅動慣性約束聚變工程(ICF)光學元件損傷(shang) 機理研究,同時也是開展高功率脈衝(chong) 激光與(yu) 各種物質材料相互作用研究的開放實驗平台。

實驗站主光源是課題組自主研製的百焦耳級釹玻璃固體(ti) 激光裝置,光束口徑Φ60 mm,具備1053 nm、527 nm和351 nm三種波長的切換輸出能力,在5 ns方波輸出條件下,基頻脈衝(chong) 可達100 J以上。

由於(yu) 對裝置采取了嚴(yan) 格的像傳(chuan) 遞和空間畸變預補償(chang) 措施,輸出光束具備優(you) 異的近場均勻性,全口徑光強調製度:1.27:1(1053 nm),1.42:1(351 nm)。

另外,該裝置還具備激光脈衝(chong) 時間波形的任意整形、空間強度分布的任意整形能力,以及激光線寬、譜型等頻域特性的調整能力,為(wei) 各種科學實驗提供了非常靈活的光源條件。

整個(ge) 裝置采用全光纖前端+高增益預放+四級釹玻璃主放的MOPA光學結構;采用以桁架立麵為(wei) 基礎、以側(ce) 懸臂支撐夾持為(wei) 主的機械結構,是目前國內(nei) 高校中唯一一套采用“神光-III”結構構架,實現光路高度集成化的激光裝置。

實驗站配備真空靶室及多台套原位測試設備,包括時間分辨圖像測試係統、時間分辨拉曼譜/熒光譜測試係統、噴射體(ti) 質譜測試係統、損傷(shang) 增長在線測繪係統等,可以對激光與(yu) 材料作用過程的各種物理行為(wei) 進行多角度實驗研究。課題組歡迎更多的用戶單位來該平台開展工作,更好的發揮其價(jia) 值和作用。

分布式光纖傳(chuan) 感:空間測量的感知神經網

分布式光纖傳(chuan) 感可以實現在空間上的連續測量,具有測量距離長、定位精度高等特點,可測量溫度、應變和振動等,應用監測領域包括:油氣管道,高壓電纜光纜,地質災害(山體(ti) 滑坡、泥石流等),橋梁、大壩和隧道等大型建築物以及火災報警等。

與(yu) 傳(chuan) 統技術相比,分布式光纖傳(chuan) 感器具有重量輕、抗惡劣環境、抗電磁幹擾、在傳(chuan) 感點無需用電這些光纖傳(chuan) 感器所共有的優(you) 點,此外,它可實現多達數十萬(wan) 個(ge) 點和長達上百公裏的超長距離分布式測量。


 

董永康教授課題組與(yu) 加拿大皇家科學院院士鮑曉毅教授合作,在高性能分布式布裏淵光纖傳(chuan) 感方麵取得了國際領先的研究成果:提出了頻分複用技術將傳(chuan) 感距離提高至150公裏;發明了差分脈衝(chong) 對技術,實現了2 cm的超高空間分辨率;發明了基於(yu) 布裏淵動態光柵的新型多參量(包括溫度、應變和壓力等)分布式光纖傳(chuan) 感技術。研製的高性能分布式布裏淵光纖應變監測儀(yi) 在軍(jun) 工和民用領域都得到了廣泛應用。

分布式布裏淵光纖傳(chuan) 感監測儀(yi)

2017年8月,本課題組承擔的國家重大科學儀(yi) 器設備開發專(zhuan) 項“分布式光纖應變監測儀(yi) ”獲科技部正式立項,項目總經費4100萬(wan) 。本項目針對大型基礎設施、大型結構裝備和地質災害等安全監測國家重大需求,研發具有自主知識產(chan) 權的分布式布裏淵光纖應變監測儀(yi) ,該項目將極大改善我國的公共安全監測水平,減小經濟損失和社會(hui) 影響。

激光雷達:探測目標的千裏眼

哈爾濱工業(ye) 大學的激光雷達研究經過了二十多年發展,承擔了多種體(ti) 製激光雷達科研項目,累計經費達數千萬(wan) 元,培養(yang) 數十位博士、碩士,發表兩(liang) 百餘(yu) 篇學術論文,積累了豐(feng) 富相關(guan) 科研經驗。

“九五”計劃期間(1996年~2000年),實驗室首先開展了長波紅外CO2脈衝(chong) 外差相幹探測激光成像技術,具有較強雲(yun) 雨霧穿透能力,獲得3 km 目標激光強度像和距離像。

“十五”計劃期間(2001年~2005年),實驗室承擔探索類重大項目,率先在國內(nei) 開展閃光式條紋管激光成像雷達技術,突破高靈敏度四維像探測、信息重構等技術,集成了原理樣機,獲得6 km目標激光圖像,是當時已報道的最高技術指標。隨後條紋管激光雷達向用戶單位推廣,研製出兩(liang) 種體(ti) 製激光成像雷達樣機,完成了環境適應性實驗,提高了激光雷達工程化水平。

7 km處建築物成像實驗(上圖:強度像  下圖:距離像)

“十一五”計劃期間(2006年~2010年),實驗室承擔工程類重大項目,集成距離選通激光雷達工程樣機,完成機載飛行試驗,獲得飛行對地高分辨激光圖像。

自“十一五”計劃(2011年~2015年)起,實驗室一直研究激光與(yu) 紅外複合成像技術,突破了共口徑分光及係統集成等技術,集成了複合成像原理樣機。“十三五”采用單光子探測的Gm-APD焦平麵探測器,研究小型化高功率激光器、多幀統計信號處理及遠場三維目標自動識別技術。目前已獲得32×32像元Gm-APD短波紅外激光成像雷達遠場目標三維距離像。

軟X射線激光

毛細管放電方案是利用大電流流過等離子體(ti) 並產(chan) 生Z箍縮效應,形成適合軟X射線激光放大的軸向均勻的等離子體(ti) 柱,采用高價(jia) 離子的能級躍遷獲得軟X射線激光輸出。

自2001年以來,趙永蓬教授課題組一直從(cong) 事毛細管放電軟X射線激光研究工作。先後建造了最大電流20 kA(如下圖)和最大電流70 kA兩(liang) 台毛細管放電軟X射線激光裝置。

毛細管放電軟X射線激光裝置

在放電電流幅值12 kA時,首次獲得了類氖氬(Ar8+)69.8 nm和72.6 nm激光輸出,並可同時獲得46.9 nm、69.8 nm和72.6 nm多波長激光輸出,如下圖所示。目前已獲得46.9 nm和69.8 nm激光的增益飽和輸出,並實現了69.8 nm激光的雙程放大。此外,采用26 kA的放電電流已獲得46.9 nm激光的深度飽和輸出,並正在開展更大電流下軟X射線激光的研究工作。利用聚焦後的46.9 nm激光已開展燒蝕大能帶隙材料的實驗研究工作。

多波長軟X射線激光

中遠紅外可調諧激光

中遠紅外可調諧激光技術研究團隊是國內(nei) 最早開展中、長波紅外激光技術研究的科研團隊之一,團隊責任教授為(wei) 姚寶權教授(教育部新世紀優(you) 秀人才、黑龍江省傑出青年基金獲得者)。

針對國家對中、長波紅外固體(ti) 激光光源的重大應用需求,中遠紅外可調諧激光技術研究團隊圍繞中、長波激光光源功率提升、線寬壓縮等相關(guan) 核心問題開展研究工作,取得了多項標誌性成果,研究水平躋身國際先進行列。

高功率中紅外固體(ti) 激光器

 2μm穩頻固體(ti) 激光器

3-5 μm中紅外光學參量振蕩器激光輸出功率超過40 W(國際最高功率水平),研製的3-5 μm中紅外固體(ti) 激光光源產(chan) 品已經獲得應用。突破了高頻率穩定性單縱模種子激光器功率提升、注入鎖頻固體(ti) 激光器時序控製等關(guan) 鍵技術,實現了1.6 μm和2 μm固體(ti) 激光器脈衝(chong) 單頻激光輸出,填補了1.6 μm和2 μm脈衝(chong) 單頻固體(ti) 激光器領域的國內(nei) 空白。相關(guan) 的研究成果獲黑龍江省自然科學一等獎。

太赫茲(zi) 成像

太赫茲(zi) 課題組利用2.52 THz、波長100 µm以上的連續太赫茲(zi) 源,主要研究二維掃描及數字全息成像,如太赫茲(zi) 二維點掃描透射成像、二維麵陣透射掃描成像、二維共焦掃描成像、數字全息成像等。同時,還進行了有關(guan) 太赫茲(zi) 測定物體(ti) 透射率、後向散射特性等的研究。

課題組有特色的研究是太赫茲(zi) 數字全息成像技術,包括全息成像及利用數學模型對全息成像反演重建。在實驗中,離軸數字全息成像係統的分辨率可達0.3 mm,同軸數字全息成像係統的分辨率可達0.2 mm。課題組在Optics Letters、Applied Physics B、Applied Optics、J Infrared Milli Terahz Waves、《fun88官网平台》、《光學學報》等期刊發表多篇論文,憑借對太赫茲(zi) 成像的研究分別獲得了國家自然科學基金、2011年高等學校博士學科點專(zhuan) 項科研基金的扶持。

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