林惠祖:激光技术在航天航空推进系统中的应用 《激光杂志》2007年第28卷第2期 LASERJOURNAL(Vol.28.No.2.2007)
9
激光技术在航天航空推进系统中的应用
林惠祖
(国防科学技术大学,长沙 410073)
提要:激光技术是第三次科技革命的标志之一,在各个方面得到广泛应用。其中激光在推进系统中的应用日益突出,引起了广泛关注。本
文主要介绍激光在推进系统中的主要应用一激光推进技术,激光控制燃烧技术和激光点火技术的基本原理、应用现状及研究方向。
关键词:激光推进;激光点火;激光控制燃烧中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2007)02-0009-02
LINHui-zu
(NationalUniversityofDefenseTechnologyAbstract:Lasertechnologyisoneofthesamplesofthethirdtechnology,itinwidelyusedinthepropulsivesystem,attractingmanycountries’attention.Inthispaper,appliesoflaser,ignitionareintroduced.Thebasicprinci2ples,newappliesandstudyorientationarestudied.
Keywords:laserpropulsion;lasercontrol;Discussionontheappliesoflasertechnologyinspaceflight。激光推进
1〕
方法是1971年K〔,目前,激光推进。激光推进有两种方式:一是利用激光和工质相互作用产生推力。
2〕
它包括空气吸气模式和烧蚀模式〔。空气吸气模式利用大气层中的空气作为推进剂,通过聚焦激光束击穿空气,形成激光维持的高能离子爆轰波,爆轰波逆着激光束从飞行器尾部高速射出,爆轰波与飞行器相互作用产生推力。烧蚀模式是利用飞行器自身携带的工质,激光能量通过远距离传输到飞行器的发动机中加热其中的工质,使其温度急剧上升,形成高温气体当激光功率密度足够高时,强激光能量能使气体发生光学击穿,气体分子被剥离电子形成等离子体,然后从飞行器的尾部喷管中高速射出产生推力。实验研究表明通
〔3〕
过工质对能量的有效吸收,可形成10000K-20000K的高温的等离子体,而现代火箭理论上可达到的最高气体温度只有4000-5000K,可见此法可远远超过自然燃烧极限的气体温
4〕
度,可获得达20000NS/Kg的比推力〔。可显著提高排出气体的速度,约达10km/s-20km/s。一般地,低空中可用空气吸气模式,推进剂为空气;而在高空环境中,由于没有足够的空气供给,须用烧蚀模式,推进剂为自身携带的少量工质。〔5〕LTI已经资助开发优良的脉冲放电二氧化碳激光器,在其功率达100kW可以将光船送到太空边缘。由计算可知,在假设能量完全转化的情况下,将质量为1kg的有效载荷发射到近地轨道所需的激光功率为0.4MW。二是利用激光显著的光压效应产生推力。早在17世纪初,德国天文学家开普勒就提出借助太阳光压来推动飞船,实现无燃料航行。该法用激光照射飞行器的抛物形底部,可在其底部产生巨大的光压。激光的出现特别是超短脉冲激光器的发展,使辐射强度可达1018W/cm2,由压力公式P=
为入射光强,C为光速,可在激光器尾部产生几亿个大气压的超高压强,相当于几十万吨的力作用在一平方厘米的面积
6〕
上,利用如此巨大的推力可把飞行器送上太空〔。利用位于大气透射窗口波长的激光,可尽量减小激光远距离传输的损失,使激光能量能远距离传输给飞行器。脉冲激光在推进系统中的应用最为有效,当脉冲足够窄时,激光照射产生的高温高压等离子体在激光作用期间将停留在喷管附近,从而有效地推进飞行器。据报道,日本已经成功利用Nd:YAG激光束在喷管中发生空气击穿产生激光推力进行了轮船激光推
7〕
进的试验〔。
(1+r),r为反射系数,IC
1 。为了证明该技术的有效性,俄专家使用燃烧性能
差、在1000摄氏度时才能燃烧的甲烷进行了实验。结果表明,激光可使甲烷在300-600摄氏度的低温条件下燃烧。一般点火过程受AP的表面积,燃烧推进剂,初温和热流密度等因素影响较大,而激光点火能够独立于初温以及气体组分等
9〕
环境参数选择热流,具有很高的可比性〔。一般地,激光点火是利用激光点燃主发动机装药的技术,其工作过程是当发动机需要工作时,用激光照射抛物形喷管,在激光汇聚的地方形成点火区域,点燃主发动机装药,如图1b所示。
图1a 激光推进原理图 图1b 激光点火示意图
激光点火与传统的以电能作为初始激发能量的点火设
计模式相比,具有以下优越性;完全取消了电爆元件和采用安全保险装置,安全性能大大提高;工作环节减少,工作可靠性大幅度提高;点火升温快达106-108k/s,点火延迟时间短,小于1ms,远小于电发光管规定的50ms:可重复使用研究,节约经费。由于激光点火的优良性能,预计激光点火将逐步取代传统的点火系统,获得广泛应用。
激光在点火方面的另一重要应用是激光核聚变点〔10〕
火。核能是航天航空推进的新能源,实现核能推进的关键技术就是对核燃料的聚变点火。近年来,人们开始提出了激光核聚变的方法,以超高强度的激光从外部对已被高功率段脉冲激光器压缩的超高密度等离子体进行加热,可实现瞬时加热点火引发核聚变。随着激光技术的发展,激光核聚变必将成为继托卡马克装置之后的又一重要核聚变方法,甚至于被更为广泛地应用。
现在,国内激光点火研究仅限于激光起爆机理的研究,离工程应用还有很大差距。
3 激光在燃烧控制方面的应用-激光控制
燃烧技术
2 激光在点火方面的应用—激光点火技术
激光点火作为一种新型的点火技术已越来越受到各个
国家的重视,激光作为点火激发源已被普遍采用。美国早就
8〕
提出了将激光点火应用于大口径火炮的LIGHT计划〔。当激光强度足够高,光斑直径足够小时,辐射热流密度足够高,热吸收速率就会远远大于热扩散速率而使能量迅速积累,从而使激光点火成为可能。这种技术能够使燃料在低温条件下实现爆震燃烧,从而使普通发动机达到超音速飞行推力成
收稿日期:2006-06-22
作者简介:林惠祖,福建漳浦人,男,汉族,国防科学技术大学,主要从事激光方面的学习和研究。
激光控制燃烧技术是随着航天航空技术要求的提高而产生新型的燃烧控制技术。激光控制燃烧是指采用激光维持燃烧设计,可任意节流和熄灭-重起燃烧的推进控制方法。在推力器的设计上“,非自主燃烧推进剂”的燃烧由激光照射控制,激光照射时燃烧进行,反之,燃烧就会停止,用这种方法,可制成高效率的非自主燃烧推进的激光控制的微型推力器。传统推进剂自主燃烧直至推进剂耗尽,难于对飞行姿态进行有效控制,在任意推力和熄灭—重起燃烧方面可调控性和灵活性差。关于此项技术,人们在微型固体推力器方面做了不少研究。实验表明,在1kpa-100kpa的背压下,固体推进机的燃烧可由5W-30W的激光照射控制,燃烧能任
11〕
意中止和重起,推力可任意调节〔,因此大大提高推进系统的性能,有极大的发展潜力。同时燃烧可控的固体推进剂都是黑色或灰色的,暖色调的推进剂无法点火,说明吸收激光的关键在于固体的颜色,固体颜色对激光应用于控制燃烧有重要影响。此外激光控制燃烧也广泛地应用于工业制造之中。
10
冀 勇等:光纤全息两次成像的实验研究 《激光杂志》2007年第28卷第2期 LASERJOURNAL(Vol.28.No.2.2007)
时激光照射的一致性。
(5)提高激光器峰值功率的激光脉冲压缩技术。(6)寻找易于产生激光的新方法、新能源,进行太阳能等新能源激光器的研究。
参考文献
〔1〕 KantrowitzA.PropulsiontoOrbitbyGround-BasedLasers〔J〕.Astro2
nauticsandAeronautics,1972,10(5):74-76.〔2〕 洪延姬,崔村燕,王鹏,李俊美.吸气式激光推进环聚焦光船设
计方法〔J〕.装备指挥技术学院学报,2003,4,14(2):102-105.〔3〕 NovakZ.LaserPropulsion〔J〕.OpticsandLaserTechnology,1985,17
(3):114-120.〔4〕 LeavittMR.LaserPropulsiononT〔J〕.LaserFocus,
1981,17(:35-49.
〔5〕 PhippsCRJaobjectintolowearthor2
〕.HighPower,502-510.〔6〕 单振国,.〔.:科学出版社,149-150.J〕.国外激光,
,-37.〕IgnitioninGuns,HowitzersandTanks:TheLIGHT
ADA261049,1994.〔9〕 李疏芬,牛和林.NEPE推进剂激光点火特性〔J〕.推进技术,
2002,4,23(2):172-175.〔10〕 雷仕湛.创造奇迹的光-21世纪的激光技术〔M〕.北京:科学
出版社,148-157.
〔11〕 陈 怡,胡 高.激光控制微型推力器的设计和初步研究〔J〕.
固体火箭技术动态,2005,(5):5-7.
〔12〕 BeyerRA著,王凯明译.单枝光纤多点点火装置〔J〕.火工情
报,1994,(2):117-120.
4 应用现状与研究方向
目前,有些学者已在进行设计一种新型的太阳能激光器的研究,它能利用太阳能产生激光束将人造飞船送上太6〕空〔。采用分光或分束技术的多点点火装置是激光点火的
12〕
研究方向〔。激光应用与推进系统的核心技术之一是强激光源,要得到好的激光推进效果,就必须提高入射激光功率密度,基于二氧化碳激光器在激光推进方面的优越性,日前,二氧化碳激光器是作为地基推进的首选激光器,我国应加快高功率二氧化碳激光器的研究工作,有步骤地制定我国发展激光应用于推进系统方面的研究的长远计划,加大投资力度,积极推进激光应用于推进系统的关键技术的研究,力争走在世界前列。主要集中在如何提高激光器单脉冲能量、重复频率、平均功率与峰值功率的研究上,具体有以下几个研究方向:
(1)强激光束和高功率密度的强激光器技术,主要在YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA器等高功率激光器的研究,进系统的前提。
(2),,。
(3),使激光束能远距离、。
(4)多光束激光技术,加快激光多数化研究,以确保点火
光纤全息两次成像的实验研究
冀 勇,唐伟跃,陈香才,侯晓强,张建民
(郑州大学物理工程学院,河南郑州 450052)
提要:多模光纤成本低,重量轻,柔韧性好,使用方便,将它使用在大学物理激光全息实验中具有一定的实用价值。本研究在全息台上,利
用双根多模光纤,成功地拍出了全息图,并且成功地在全息干板上两次曝光,两次成像。
关键词:He-Ne激光;全息摄影;多模光纤
JIYong,TANGWei-yue,CHENXiang-cai,HOUXiao-qiang,ZHANGJian-min(ThePhysicsandEngineerCollegeofZhengzhouUniversity,HenanZhengzhou450052,China)
Abstract:Multi-modefiberhavetheadvantagesoflowercost,lightweight,goodtoughnessandconvenientuses.It’sofpracticalvaluetobeusedintheexperimentofuniversityphysicsholography.Inthisstudyontheholographytable,hologramissuccessfullymadeusingtwomulti-modefibers,andsuccessfullytwiceexposedandtwiceformedonthephotographicplate.
Keywords:He-Nelaser;holography;multi-modefiber 本文讨论了用双多模光纤拍摄激光全息图。全息干板上可以两单,拍摄效果良好等优点。光纤全息摄影不足之处是:激光与光纤的次曝光,两次记录干涉条纹,并且干涉条纹互不影响,即可以两次成耦合。如果耦合不佳,出射光斑光强将不均匀,直接影响拍摄结果,像。再现时根据拍摄时的不同参物角以及全息干板的角度,调整观这也是图2b、3a、3b不如图2a清晰的原因。
〔1,2,3,4〕
察角度和干板角度,可以再现两次不同的被摄物体。
Studyonexperimentoffiberholographytwiceformed
全息实验台,He-Ne激光器(输出功率:8mW),两根多模光纤(光
μ纤芯径45m,芯折射率n1=1.620,包层折射率n2=1.515),分束镜,
全息干板,显影液(D19),定影液(F5)。
光纤全息实验光路图如图1a所示。
图2a 一角硬币的正面 图2b 一角硬币的反面
1 实验装置
图1a 光纤全息光路示意图 图1b 两次曝光光纤全息光路示意图
参物比:1.5:1,参物角:30°,曝光时间:6s,显影时间:
120s,定影时间300s。
两次曝光的光纤全息实验光路图如图1b所示。参物比、参物角、曝光时间、显影时间、定影时间均与单次曝光的光纤全息相同。两次曝光的干板位置前后调整20°(如图1b)。
2 实验结果和讨论
光纤全息的实验结果见图2a、图2b。两次曝光光纤全息的实验结果见图3a、图3b。
与普通激光全息摄影相比较,光纤全息摄影具有的优点在于:光学元件少,参物比、参物角易控制,不需要较大的全息台,测量参物光程简
图3a 第一次曝光所拍物体的再现 图3b 第二次曝光所拍物体的再现
参考文献
〔1〕 张薇,华家宁.用Y型多模光纤束拍摄半导体激光全息图〔J〕.
半导体激光,2000,21(6):392-398.〔2〕 张 薇.用Y型多模光纤束拍摄半导体激光散斑全息图〔J〕.华
东船舶工业学院学报,2000,14(5):92-94.〔3〕 陈勇,刘东辉.全息照相及其应用〔J〕.塔里木农肯大学学报,
番.信息光学理论与应用〔〔4〕 王仕王M〕.北京:北京邮电大学出版
社,1998,10,331-338.
2002,4(2):18-26.
林惠祖:激光技术在航天航空推进系统中的应用 《激光杂志》2007年第28卷第2期 LASERJOURNAL(Vol.28.No.2.2007)
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激光技术在航天航空推进系统中的应用
林惠祖
(国防科学技术大学,长沙 410073)
提要:激光技术是第三次科技革命的标志之一,在各个方面得到广泛应用。其中激光在推进系统中的应用日益突出,引起了广泛关注。本
文主要介绍激光在推进系统中的主要应用一激光推进技术,激光控制燃烧技术和激光点火技术的基本原理、应用现状及研究方向。
关键词:激光推进;激光点火;激光控制燃烧中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2007)02-0009-02
LINHui-zu
(NationalUniversityofDefenseTechnologyAbstract:Lasertechnologyisoneofthesamplesofthethirdtechnology,itinwidelyusedinthepropulsivesystem,attractingmanycountries’attention.Inthispaper,appliesoflaser,ignitionareintroduced.Thebasicprinci2ples,newappliesandstudyorientationarestudied.
Keywords:laserpropulsion;lasercontrol;Discussionontheappliesoflasertechnologyinspaceflight。激光推进
1〕
方法是1971年K〔,目前,激光推进。激光推进有两种方式:一是利用激光和工质相互作用产生推力。
2〕
它包括空气吸气模式和烧蚀模式〔。空气吸气模式利用大气层中的空气作为推进剂,通过聚焦激光束击穿空气,形成激光维持的高能离子爆轰波,爆轰波逆着激光束从飞行器尾部高速射出,爆轰波与飞行器相互作用产生推力。烧蚀模式是利用飞行器自身携带的工质,激光能量通过远距离传输到飞行器的发动机中加热其中的工质,使其温度急剧上升,形成高温气体当激光功率密度足够高时,强激光能量能使气体发生光学击穿,气体分子被剥离电子形成等离子体,然后从飞行器的尾部喷管中高速射出产生推力。实验研究表明通
〔3〕
过工质对能量的有效吸收,可形成10000K-20000K的高温的等离子体,而现代火箭理论上可达到的最高气体温度只有4000-5000K,可见此法可远远超过自然燃烧极限的气体温
4〕
度,可获得达20000NS/Kg的比推力〔。可显著提高排出气体的速度,约达10km/s-20km/s。一般地,低空中可用空气吸气模式,推进剂为空气;而在高空环境中,由于没有足够的空气供给,须用烧蚀模式,推进剂为自身携带的少量工质。〔5〕LTI已经资助开发优良的脉冲放电二氧化碳激光器,在其功率达100kW可以将光船送到太空边缘。由计算可知,在假设能量完全转化的情况下,将质量为1kg的有效载荷发射到近地轨道所需的激光功率为0.4MW。二是利用激光显著的光压效应产生推力。早在17世纪初,德国天文学家开普勒就提出借助太阳光压来推动飞船,实现无燃料航行。该法用激光照射飞行器的抛物形底部,可在其底部产生巨大的光压。激光的出现特别是超短脉冲激光器的发展,使辐射强度可达1018W/cm2,由压力公式P=
为入射光强,C为光速,可在激光器尾部产生几亿个大气压的超高压强,相当于几十万吨的力作用在一平方厘米的面积
6〕
上,利用如此巨大的推力可把飞行器送上太空〔。利用位于大气透射窗口波长的激光,可尽量减小激光远距离传输的损失,使激光能量能远距离传输给飞行器。脉冲激光在推进系统中的应用最为有效,当脉冲足够窄时,激光照射产生的高温高压等离子体在激光作用期间将停留在喷管附近,从而有效地推进飞行器。据报道,日本已经成功利用Nd:YAG激光束在喷管中发生空气击穿产生激光推力进行了轮船激光推
7〕
进的试验〔。
(1+r),r为反射系数,IC
1 。为了证明该技术的有效性,俄专家使用燃烧性能
差、在1000摄氏度时才能燃烧的甲烷进行了实验。结果表明,激光可使甲烷在300-600摄氏度的低温条件下燃烧。一般点火过程受AP的表面积,燃烧推进剂,初温和热流密度等因素影响较大,而激光点火能够独立于初温以及气体组分等
9〕
环境参数选择热流,具有很高的可比性〔。一般地,激光点火是利用激光点燃主发动机装药的技术,其工作过程是当发动机需要工作时,用激光照射抛物形喷管,在激光汇聚的地方形成点火区域,点燃主发动机装药,如图1b所示。
图1a 激光推进原理图 图1b 激光点火示意图
激光点火与传统的以电能作为初始激发能量的点火设
计模式相比,具有以下优越性;完全取消了电爆元件和采用安全保险装置,安全性能大大提高;工作环节减少,工作可靠性大幅度提高;点火升温快达106-108k/s,点火延迟时间短,小于1ms,远小于电发光管规定的50ms:可重复使用研究,节约经费。由于激光点火的优良性能,预计激光点火将逐步取代传统的点火系统,获得广泛应用。
激光在点火方面的另一重要应用是激光核聚变点〔10〕
火。核能是航天航空推进的新能源,实现核能推进的关键技术就是对核燃料的聚变点火。近年来,人们开始提出了激光核聚变的方法,以超高强度的激光从外部对已被高功率段脉冲激光器压缩的超高密度等离子体进行加热,可实现瞬时加热点火引发核聚变。随着激光技术的发展,激光核聚变必将成为继托卡马克装置之后的又一重要核聚变方法,甚至于被更为广泛地应用。
现在,国内激光点火研究仅限于激光起爆机理的研究,离工程应用还有很大差距。
3 激光在燃烧控制方面的应用-激光控制
燃烧技术
2 激光在点火方面的应用—激光点火技术
激光点火作为一种新型的点火技术已越来越受到各个
国家的重视,激光作为点火激发源已被普遍采用。美国早就
8〕
提出了将激光点火应用于大口径火炮的LIGHT计划〔。当激光强度足够高,光斑直径足够小时,辐射热流密度足够高,热吸收速率就会远远大于热扩散速率而使能量迅速积累,从而使激光点火成为可能。这种技术能够使燃料在低温条件下实现爆震燃烧,从而使普通发动机达到超音速飞行推力成
收稿日期:2006-06-22
作者简介:林惠祖,福建漳浦人,男,汉族,国防科学技术大学,主要从事激光方面的学习和研究。
激光控制燃烧技术是随着航天航空技术要求的提高而产生新型的燃烧控制技术。激光控制燃烧是指采用激光维持燃烧设计,可任意节流和熄灭-重起燃烧的推进控制方法。在推力器的设计上“,非自主燃烧推进剂”的燃烧由激光照射控制,激光照射时燃烧进行,反之,燃烧就会停止,用这种方法,可制成高效率的非自主燃烧推进的激光控制的微型推力器。传统推进剂自主燃烧直至推进剂耗尽,难于对飞行姿态进行有效控制,在任意推力和熄灭—重起燃烧方面可调控性和灵活性差。关于此项技术,人们在微型固体推力器方面做了不少研究。实验表明,在1kpa-100kpa的背压下,固体推进机的燃烧可由5W-30W的激光照射控制,燃烧能任
11〕
意中止和重起,推力可任意调节〔,因此大大提高推进系统的性能,有极大的发展潜力。同时燃烧可控的固体推进剂都是黑色或灰色的,暖色调的推进剂无法点火,说明吸收激光的关键在于固体的颜色,固体颜色对激光应用于控制燃烧有重要影响。此外激光控制燃烧也广泛地应用于工业制造之中。
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冀 勇等:光纤全息两次成像的实验研究 《激光杂志》2007年第28卷第2期 LASERJOURNAL(Vol.28.No.2.2007)
时激光照射的一致性。
(5)提高激光器峰值功率的激光脉冲压缩技术。(6)寻找易于产生激光的新方法、新能源,进行太阳能等新能源激光器的研究。
参考文献
〔1〕 KantrowitzA.PropulsiontoOrbitbyGround-BasedLasers〔J〕.Astro2
nauticsandAeronautics,1972,10(5):74-76.〔2〕 洪延姬,崔村燕,王鹏,李俊美.吸气式激光推进环聚焦光船设
计方法〔J〕.装备指挥技术学院学报,2003,4,14(2):102-105.〔3〕 NovakZ.LaserPropulsion〔J〕.OpticsandLaserTechnology,1985,17
(3):114-120.〔4〕 LeavittMR.LaserPropulsiononT〔J〕.LaserFocus,
1981,17(:35-49.
〔5〕 PhippsCRJaobjectintolowearthor2
〕.HighPower,502-510.〔6〕 单振国,.〔.:科学出版社,149-150.J〕.国外激光,
,-37.〕IgnitioninGuns,HowitzersandTanks:TheLIGHT
ADA261049,1994.〔9〕 李疏芬,牛和林.NEPE推进剂激光点火特性〔J〕.推进技术,
2002,4,23(2):172-175.〔10〕 雷仕湛.创造奇迹的光-21世纪的激光技术〔M〕.北京:科学
出版社,148-157.
〔11〕 陈 怡,胡 高.激光控制微型推力器的设计和初步研究〔J〕.
固体火箭技术动态,2005,(5):5-7.
〔12〕 BeyerRA著,王凯明译.单枝光纤多点点火装置〔J〕.火工情
报,1994,(2):117-120.
4 应用现状与研究方向
目前,有些学者已在进行设计一种新型的太阳能激光器的研究,它能利用太阳能产生激光束将人造飞船送上太6〕空〔。采用分光或分束技术的多点点火装置是激光点火的
12〕
研究方向〔。激光应用与推进系统的核心技术之一是强激光源,要得到好的激光推进效果,就必须提高入射激光功率密度,基于二氧化碳激光器在激光推进方面的优越性,日前,二氧化碳激光器是作为地基推进的首选激光器,我国应加快高功率二氧化碳激光器的研究工作,有步骤地制定我国发展激光应用于推进系统方面的研究的长远计划,加大投资力度,积极推进激光应用于推进系统的关键技术的研究,力争走在世界前列。主要集中在如何提高激光器单脉冲能量、重复频率、平均功率与峰值功率的研究上,具体有以下几个研究方向:
(1)强激光束和高功率密度的强激光器技术,主要在YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA器等高功率激光器的研究,进系统的前提。
(2),,。
(3),使激光束能远距离、。
(4)多光束激光技术,加快激光多数化研究,以确保点火
光纤全息两次成像的实验研究
冀 勇,唐伟跃,陈香才,侯晓强,张建民
(郑州大学物理工程学院,河南郑州 450052)
提要:多模光纤成本低,重量轻,柔韧性好,使用方便,将它使用在大学物理激光全息实验中具有一定的实用价值。本研究在全息台上,利
用双根多模光纤,成功地拍出了全息图,并且成功地在全息干板上两次曝光,两次成像。
关键词:He-Ne激光;全息摄影;多模光纤
JIYong,TANGWei-yue,CHENXiang-cai,HOUXiao-qiang,ZHANGJian-min(ThePhysicsandEngineerCollegeofZhengzhouUniversity,HenanZhengzhou450052,China)
Abstract:Multi-modefiberhavetheadvantagesoflowercost,lightweight,goodtoughnessandconvenientuses.It’sofpracticalvaluetobeusedintheexperimentofuniversityphysicsholography.Inthisstudyontheholographytable,hologramissuccessfullymadeusingtwomulti-modefibers,andsuccessfullytwiceexposedandtwiceformedonthephotographicplate.
Keywords:He-Nelaser;holography;multi-modefiber 本文讨论了用双多模光纤拍摄激光全息图。全息干板上可以两单,拍摄效果良好等优点。光纤全息摄影不足之处是:激光与光纤的次曝光,两次记录干涉条纹,并且干涉条纹互不影响,即可以两次成耦合。如果耦合不佳,出射光斑光强将不均匀,直接影响拍摄结果,像。再现时根据拍摄时的不同参物角以及全息干板的角度,调整观这也是图2b、3a、3b不如图2a清晰的原因。
〔1,2,3,4〕
察角度和干板角度,可以再现两次不同的被摄物体。
Studyonexperimentoffiberholographytwiceformed
全息实验台,He-Ne激光器(输出功率:8mW),两根多模光纤(光
μ纤芯径45m,芯折射率n1=1.620,包层折射率n2=1.515),分束镜,
全息干板,显影液(D19),定影液(F5)。
光纤全息实验光路图如图1a所示。
图2a 一角硬币的正面 图2b 一角硬币的反面
1 实验装置
图1a 光纤全息光路示意图 图1b 两次曝光光纤全息光路示意图
参物比:1.5:1,参物角:30°,曝光时间:6s,显影时间:
120s,定影时间300s。
两次曝光的光纤全息实验光路图如图1b所示。参物比、参物角、曝光时间、显影时间、定影时间均与单次曝光的光纤全息相同。两次曝光的干板位置前后调整20°(如图1b)。
2 实验结果和讨论
光纤全息的实验结果见图2a、图2b。两次曝光光纤全息的实验结果见图3a、图3b。
与普通激光全息摄影相比较,光纤全息摄影具有的优点在于:光学元件少,参物比、参物角易控制,不需要较大的全息台,测量参物光程简
图3a 第一次曝光所拍物体的再现 图3b 第二次曝光所拍物体的再现
参考文献
〔1〕 张薇,华家宁.用Y型多模光纤束拍摄半导体激光全息图〔J〕.
半导体激光,2000,21(6):392-398.〔2〕 张 薇.用Y型多模光纤束拍摄半导体激光散斑全息图〔J〕.华
东船舶工业学院学报,2000,14(5):92-94.〔3〕 陈勇,刘东辉.全息照相及其应用〔J〕.塔里木农肯大学学报,
番.信息光学理论与应用〔〔4〕 王仕王M〕.北京:北京邮电大学出版
社,1998,10,331-338.
2002,4(2):18-26.