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非线性光学效应在大气传输补偿中的应用现状
作者:佚名    文章来源:不详    点击数:1860    更新时间:2007-2-13
  首次实现实时补偿大气湍流畸变的演示是Lind和Dunning在1998年完成的〔6〕,在他们初期的实验中,利用波长为589nm的激光器输出的连续波在钠蒸气的池子中产生四波混频效应,激光在大气中共传输了100m,在大气折射率结构常数达到2×10-13m-2/3的较强湍流的情况下,实验证明了相位共轭光很好地补偿了大气扰动给信标光带来的波前畸变。在后来的工作中,激光传输的距离达到2km,且分别采用连续激光和脉冲激光的两种方式实现了在大气中的补偿传输。这个实验系统非常复杂,它包括四个激光器和两个放大级,并且在泵浦光和探测光的脉冲间需要一个严格根据目标距离而定的延时,这些对实际应用都是非常不方便的。

  布里渊增强四波混频是从无阈值受激布里渊散射效应〔10〕的研究发展而来的。这一非线性光学效应具有两个突出的优点:一是这一效应可以对极弱的信标光产生相位共轭光,,目前已做的实验中,最小的信标光注入为10-14J;二是具有极大的相位共轭反射率,目前实验中所得到的最大相位共轭反射率达到107。这两个优点使这一非线性光学效应近年来倍受人们的关注。1989年文献〔11〕报导了利用布里渊增强四波混频进行了激光大气补偿传输实验。实验中由一个YAG激光器经一个25cm口径的发射望远镜向目标发射一束探测光,目标是一个15cm口径80%反射率的“猫眼”反射器,由目标反射回的信标光入射到作用池中,目标距系统560 m,布里渊增强四波混频所需的泵浦光也是由同一台YAG激光器产生的,为了使泵浦光脉冲与信标光脉冲在作用池中相遇,两个脉冲间的延时是通过使泵浦光在大气中与探测光传输了同样长的距离后再经二次放大,最后入射到作用池中而得到的。实验证实了激光大气补偿传输的有效性。实验中他们之所以采用如此的方法来获得脉冲延时,而不是象前边讲的四波混频的实验中用到的以电控装置来产生延时,是因为布里渊增强四波混频效应要求泵浦光与信标光间有一个严格的频率关系,使激光器先后发射出这样有严格关系的两个脉冲是很难做到的,由此也可以看出,泵浦光与信标光两个脉冲间的延时及严格的频率关系是将布里渊增强四波混频效应用于激光大气补偿传输的重大困难。

  首次报导完全用受激布里渊散射来实现激光在大气中补偿传输的实验见于1994年的文献〔15〕。在他们的工作中,先由系统向目标发射一束探测光,探测光源是一台倍频YAG激光器,为了使由目标反射回的信标光能被系统中的拉曼散射池放大,在出射前探测光先经一个拉曼散射过程而产生一个拉曼频移,探测光是以0.1°的发散角向6km以外的目标发射的,目标是一个3cm孔径的“猫眼”反射器,由目标反射回的信标光已经很弱,入射到系统中的信标光(系统接收孔径为10cm)被成像到两级拉曼放大池内,拉曼散射的泵浦光是由与探测光源共用的种子激光器注入的一台YAG倍频激光器提供的,信标光在两级拉曼池中的增益达到108.5(85dB),到达受激布里渊散射池前的信标光能量为10mJ,受激布里渊散射池是一个装有TiCl4的波导池,由受激布里渊散射效应产生的相位共轭光经信标光传输的路径原路返回目标。利用上述实验系统,在大气折射率结构常数Cn2为10-16到10-13的范围内,即在由弱到较强湍流的各种天气条件下,均实现了激光在大气中的补偿传输。

  除了上述工作之外,俄罗斯科学家在这方面也做出了众多优秀的工作。在七位美国科学家撰写的关于俄罗斯在光学相位共轭方面的工作的评论中,指出俄罗斯在这方面的工作比美国先进五年。由此可见俄罗斯科学家在这方面工作的深入。在他们的实验中,系统的接收/发射孔径达到4m,利用受激布里渊散射效应将激光会聚到4km外的一个直径为6mm的点上。由此可见,利用非线性光学效应补偿激光大气传输中的波前畸变的工作已从实验室内的原理性实验逐渐走向工程化实验阶段,这些证明了这一方法的有效性和巨大的实用价值。

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