摘要：提出并设计了一套新型的大气水汽和气溶胶探测用紫外域拉曼激光雷达系统,以二向色镜和超窄带滤光片构成高效率拉曼光谱分光系统,实现激光雷达大气回波信号中米-瑞利散射信号、氮气和水汽的振动拉曼散射信号的精细分离和高效率提取.利用美国标准大气的分子散射模型和实测的大气米散射信号模型,对分光系统的米-瑞利散射信号的抑制率、大气水汽测量的信噪比和误差进行数值仿真设计.搭建实验系统对西安地区夜间的大气水汽进行实验观测,并利用有云天气下实测的激光雷达回波信号,反演获得大气后向散射比和水汽混合比的相关特性,验证了该拉曼光谱分光系统对米-瑞利信号的抑制率达到107以上量级.理论和实验结果表明,设计的新型拉曼光谱分光系统可以在大气后向散射比为17时,实现水汽探测误差小于15%,满足拉曼激光雷达系统对大气水汽的高效率探测.

摘要：为了产生1064nm单频可调谐Nd:YAG激光输出,设计了一种二极管抽运电光可调谐单频Nd:YAG激光器,采用偏振分光棱镜(PBS)和铌酸锂(LN)晶体组成电光双折射滤光片,作为激光单纵模选择元件和频率调谐元件。理论分析了其选模原理及调频原理,实验研究了1064nm Nd:YAG激光单纵模振荡特性和调频特性。实验结果表明:这种Nd:YAG激光器能以线偏振单纵模稳定振荡,当改变加在LN晶体上的横向电压时,1064nm单纵模激光振荡波长调谐量为0.474nm,相应的频率调谐量为142.2GHz。这种电光可调谐1064nm单频Nd:YAG激光器可广泛应用于激光干涉测量、激光雷达探测和激光光谱学等领域。

摘要：针对永磁同步电机转速环滑模控制中存在的系统误差无法有限时间收敛、需求取转速微分项易引入高频扰动的问题,设计了一种积分型非奇异终端滑模控制器,保证系统误差在有限时间内收敛且避免了求取微分信号,同时引入非线性扩张状态观测器估计扰动并补偿,提高系统抗扰能力。在此基础上,为避免积分饱和引起暂态性能恶化,设计了一种根据系统加速能力约束信号变化速度的跟踪微分器安排输入信号过渡过程,加快误差收敛速度,抑制积分量累积。仿真结果表明,所提控制方法相较PI控制及传统滑模控制具有更好的动态性能和更高的抗干扰能力,加入的跟踪微分器能够抑制响应超调,有效改善了系统的暂态性能。

摘要：为了产生频差可调谐1 064nm双频激光输出,设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质,以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应,使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡,从而获得正交线偏振1 064nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理,实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明:双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出,其频差大小可随激光腔长的改变而调谐,频差调谐范围可达1个纵模间隔,实验观察到的频差调谐范围为0.3GHz^3GHz.

摘要：纯转动拉曼激光雷达是探测大气温度廓线的重要手段之一,其正常工作需要配置其他并行校正设备,制约其在气象及环境监测领域中的实用化进程.基于大气氮气分子的纯转动拉曼谱型对温度的依赖性,提出并设计了绝对探测大气温度廓线的纯转动拉曼激光雷达系统.系统采用波长532 nm且脉冲能量300 m J的激光激励源和口径250 mm卡塞格林望远镜的接收器,设计了衍射光栅和光纤Bragg光栅结合的多通道并行纯转动拉曼光谱分光系统;仿真分析氮气和氧气分子的纯转动拉曼散射谱线间关系,优化选择了6条氮气分子的纯转动拉曼谱线以直接反演大气温度,设计了两级滤光器间转接光纤阵列的结构;基于最小二乘原理推导了绝对探测大气温度的反演算法,并结合标准大气模型,分析了纯转动拉曼激光雷达绝对探测大气温度的探测性能.结果表明,所设计纯转动拉曼激光雷达系统可直接反演大气温度廓线,在测量时间17 min内,温度偏差小于0.5 K的探测高度达2.0 km.

摘要：为了获得大频差双频激光输出,设计了一种由偏振分光棱镜和半波片组成的新型双折射滤光片作为激光纵模选择元件。将这种新型双折射滤光片置于激光二极管（LD）抽运Nd∶YAG激光器的谐振腔内,实现了单纵模激光振荡。绕激光腔轴旋转半波片以改变波片快轴与偏振分光棱镜偏振面之间的夹角,发现单纵模激光输出功率发生周期性变化,变化周期约为π/2。设计并实验研究了一种LD抽运双腔大频差双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔（即直线腔和直角腔）共用相同的激光介质和纵模选择元件,1064 nm激光p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,改变每一谐振腔的长度可以调谐腔内单纵模激光的谐振频率,从而实现双频激光频差调谐。实验观察到1064 nm正交线偏振双频激光的频差在27-113.4 GHz范围内可调谐。

摘要：为了提高激光器的频率稳定度,设计了基于正交解调原理的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统。该系统采用直接数字频率合成器同步产生三路同频正弦和余弦信号,其中一路正弦信号用作电光相位调制器的驱动信号,另两路正弦和余弦信号同时用作相位解调的参考信号。解调所得PDH稳频系统的误差信号用于反馈调节激光器腔长,使得激光器频率自动稳定到Fabry-Perot(F-P)参考腔的谐振频率上。建立了正交解调PDH稳频实验系统,实验结果表明,在1.5 h稳频时间内,激光器的频率漂移不超过±0.13 MHz,根据Allan方差计算得到其频率稳定度优于1.2×10^(-11)。这种稳频激光器可用作合成波绝对距离干涉测量系统的理想光源。

摘要：设计了一种端面泵浦扭转模腔双频Nd∶YAG激光器系统,该激光器以偏振分光棱镜作为偏振元件,Nd∶YAG晶体的两端各放置一个四分之一波片,在垂直于腔轴的平面内旋转其中一个波片,输出连续可调谐双频激光,最大调谐范围为一个激光谐振腔纵模间隔.采用琼斯矩阵进行了理论分析,得出频率分裂量与波片转角成正比关系.实验研究了扭转模腔选模特性、纵模分裂特性和偏振特性.结果表明:两个四分之一波片正交时,激光器输出线偏振单纵模激光,扭转模腔失谐时,单纵模分裂为两个正交的线偏振模,实验获得的最大频率分裂量为3GHz.实验结果与理论分析一致.该连续可调谐双频Nd∶YAG激光器结构简单,可用于激光干涉测量和微波光电子等领域.

摘要：研究了概念设计阶段机床结构布局形态方案的创成式设计方法。依据所建立的机床形状创成模型 ,通过解析方法创成出所有可能的机床运动功能方案 ,然后基于机床运动单元与结构单元之间的关系模型 ,由机床的运动功能方案创成出机床结构布局形态方案。通过数控车床结构布局形态方案创成 ,证明本创成式设计方法对概念设计阶段机床总体结构方案的创新性设计具有指导意义。

摘要：多纵模高光谱分辨率激光雷达是一种新型的高光谱分辨率激光雷达.本文在研究典型高功率Nd:YAG脉冲激光器的多纵模模式及其在大气中传输的气溶胶米散射和瑞利散射光谱的基础上,设计紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达系统,采用窄带干涉滤光片滤除太阳背景光的影响,设计可调谐马赫-曾德尔干涉仪,分离提取多纵模激光回波中的气溶胶米散射和瑞利散射光谱,并利用马赫-曾德尔干涉仪双通道输出的互补性原理,精确反演气溶胶光学参量.系统仿真结果表明,所设计的紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达能够实现10 km高度内的气溶胶光学参量精细探测.