基于配对误差补偿方法的拼接光栅压缩池理论研究

利用傅里叶光学方法，研究了一个基于配对误差补偿方法的单程拼接光栅压缩池系统，得到远场时域关于系统拼接误差的积分表达式，揭示了配对误差补偿方案下系统的群延迟、脉冲前沿倾斜、剩余啁啾效应对叠加后远场时域的影响规律.数值模拟表明：随着带宽增加，配对补偿法将导致脉冲远场时域展宽；对一个利用配对误差补偿的单程拼接光栅压缩池系统进行计算，得到该方案下各种拼接误差的容限；同时考虑所有误差的情况下得到系统的允许带宽曲线. 关键词： 拼接光栅压缩池 配对补偿 相干叠加 远场     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

基于平衡光学互相关方法的超短脉冲激光相干合成技术

相干合成技术是超快光学领域的重要研究方向之一.当单路脉冲激光的连续谱超过一个倍频程时,精确控制其光谱相位(色散管理)是获得亚周期超短脉冲激光的关键.由于常见的脉冲压缩系统存在光谱带宽限制,因此多通道相干合成技术受到了广泛的关注.本文将充气空心光纤展宽后的超倍频程连续光谱分波段独立压缩,并利用平衡光学互相关方法锁定子脉冲之间的相位延迟,获得了4.1 fs的合成脉冲.实验结果表明相干合成技术在高能量亚周期超快光场调控中存在优势.     

基于远场的拼接光栅压缩池的设计

 利用傅里叶光学方法得到了失调拼接光栅压缩池输出光束的远场振幅表达式，建立了分析拼接光栅的各种误差的理论模型，得到了拼接误差对脉冲的影响是附加相位延迟和角度偏转。在要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％的条件下，对于含有口径为40 cm、脉宽为0.1~10 ps脉冲的系统进行分析并分别得到了各种误差的容限。     

载波-包络相位对于基频光与其自身倍频光脉冲合成的影响

将基频光与其自身的倍频光合成，是一种得到超过一个倍频程的超宽光谱的简单方法，而载波_包络相位(CEP)对合成超宽光谱产生的超短脉冲有重要的影响. 本文从光频梳的角度，根据钛宝石激光器中产生的超短脉冲光谱，计算载波_包络相位对该脉冲与其自身的倍频脉冲合成产生的超短脉冲的影响，说明了调整载波_包络相位对于脉冲合成的重要性. 关键词： 超短脉冲 载波_包络相位 光频梳 脉冲合成     

平顶高斯超短脉冲激光的时间部分相干性对相干合成的影响

 利用准单色光干涉理论,计算了2×2平顶高斯超短脉冲激光在远场的干涉图样,分析了激光的时间部分相干性及其存在束间相位差时对相干合成的影响。计算结果表明,当单路激光输出光束线宽小于100 nm时,理想波前的远场光斑图样和峰值光强基本保持不变,当光束线宽大于100 nm时,干涉减弱衍射效应逐渐增强;光束间存在相位差时,时间部分相干性将破坏远场图样随束间相位差的周期性变化,相位差越大干涉越弱;当超过相干长度时,则为非相干合成,但1/6倍相干长度范围内,仍可视为较理想的相干合成,此时焦斑的斯特列尔比大于0.9,对超短脉冲的相干合成影响可忽略。     

光纤放大器阵列的远场特性研究

从光纤激光器阵列相干合成远场光强分布的解析表达式出发，详细研究了阵列占空比、阵元个数以及阵元的相位误差对相干合成远场图样分布、中心主瓣的角宽度及所占能量的影响. 给出了占空比为12.5%时，三路保偏光纤放大器相干合成的实验结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相位     

自参考光谱相干法的小波变换相位重建

将小波变换法引入光谱相位相干电场重建法的相位重建，从光谱干涉条纹的小波变换中直接 读取条纹相位，消除了传统傅里叶方法滤波过程中产生的相位噪声. 这种方法将有利于超宽 带、单周期超短脉冲的产生，更适用于超短脉冲的评价. 关键词： 超短脉冲 相位重建 小波变换     

二维激光阵列逆达曼光栅相干合束理论研究

采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合成为远场单一主瓣光束是一种实现高功率和高亮度相干合束的技术方案.以5×5和32×32二维相干激光阵列为例进行了理论模拟分析,同时分析了逆达曼光栅相干合束实验中相位板相位误差、逆达曼光栅对准误差和放置角度误差对合束效率的影响.理论分析及数值模拟计算结果表明,逆达曼光栅...     

频率分辨光学开关法行迹相位还原的时频分析

将小波变换分析光谱相位相干原理应用于频率分辨光学开关(FROG)行迹图的时间-频率分析，不需要传统的迭代算法，从对FROG行迹的脊的分析中，直接得到超短脉冲的相位.对于FROG行迹的脊变化平缓的脉冲得到了精确的相位. 关键词： 超短脉冲 相位重建     

High precision elimination of angular chirp in CPA laser systems with large stretching factors or high bandwidth

We present a novel and highly sensitive method to determine the residual angular dispersion of high-power laser pulses after stretching, amplification, and re-compression of the pulses in a chirped-pulse amplification laser system. This method is based on the intentional deflection of a part of the the spectrum within the compressor and aligning the centers of gravity of the two resulting and separated foci with largest possible spectral separation in the far field. Using this technique, we were able to reduce the residual angular dispersion on pulses to less than 0.05 μrad/nm in the vertical plane and less than 0.03 μrad/nm in the horizontal plane, respectively. With this method, it is possible to minimize the deviation of the actual peak intensity for the focused laser pulses to less than 2 % of its theoretical limit.     

拼接光栅压缩器的时域特性

在拼接光栅和拼接光栅压缩器的设计中,子光栅调节偏差不可避免,各维偏差与拼接光栅的时间特性之间的关系很关键。通过脉冲压缩理论分析得到各维偏差和聚焦脉冲时间宽度展宽之间的解析关系,从数值计算结果分析,面平行左右偏差对脉冲的时间宽度影响较大,必须控制在21.08μrad内;条纹密度差异对脉冲宽度的影响很显著,相对条纹密度的比值应控制在10-5以内;从消除角色散的角度分析,面平行俯仰偏差和条纹平行度偏差可以相互补偿,条纹密度差异和面平行左右偏差也可以相互补偿。     

高脉冲重复频率调Q Tm,Ho:GdVO4激光器

报道了一个高效率连续波和调Q高重频两种运行方式的Tm,Ho:GdVO4激光器.Tm,Ho:GdVO4晶体尺寸4 mm×4 mm×7 mm,a轴通光,液氮制冷到100 K,由发射中心波长为793 nm的光纤耦合激光二极管端面泵浦.Tm,Ho:GdVO4激光连续波输出功率4.0 W,光光转换效率26%.声光调Q条件下输出平均高功率3.9 W,脉冲重复频率10 kHz,脉冲宽度50 ns. 通过减小声光Q开关的开启时间,激光脉冲宽度由50 ns减小至23 ns.在10 kHz重频下,测量最大脉冲能量0.39 mJ , 峰值功率7.8 kW.     

Laser-Duration Dependence of Emission Properties of High-Order Harmonic Generation

Quantitative investigations are made for the laser-duration dependence of the emission properties of high-order harmonic generation （HHG）. HHG emission properties produced by few-cycle lasers show some useful characteristics. The cutoff energy is less than that by laser for infinite duration. The single energy distribution pulse decreases much faster than its duration as the laser duration grows. A two-cycle laser with carrier-envelope phase of 0° can produce a single distribution pulse peaked at the laser carrier phase 1.22 rad and spanned 1.18 rad with the cutoff energy 2.9Up ＋ Ip and a bandwidth 0.63Up, where Up is the ponderomotive potential of the laser field and Ip is the atomic ionization potential.     

星间激光通信光束微弧度跟瞄性能检测装置的设计原理

基于矢量折射定理,研究了透射光束通过双棱镜实现微弧度量级偏转的设计原理,解决了星间激光通信精跟瞄检测的难题。推导了正交双棱镜实现光束偏转的精确公式,提出以水平张角和垂直张角表达光束视场,并说明了单棱镜实现光束偏转的一般情况。根据设计指标和计算结果确定了棱镜的主要参量,进而对光束的偏转结果进行了数值模拟。最后的实验结果与模拟结果基本一致。结果表明:取棱镜棱角α为4°时,棱镜每旋转1′,透射光束变化约1μrad;分别控制双棱镜在其最小偏向角一侧小角度偏转,可以实现光束在水平方向和垂直方向500μrad范围内的精确扫描,装置的扫描精度可以达到0.2μrad。     

高准确度光束偏转装置的设计与分析

基于矢量折射定理推导了光束经过正交双棱镜后的偏转表达式.给出了装置的主要设计参量；用数值模拟的方法分析了主要误差项，求出了总误差和实际准确度指标.结果表明，光束在水平张角及垂直张角500 μrad内可实现准确度优于0.8 μrad的偏转，偏离准确度主要受随机误差影响；反映到棱镜转角上的总误差为12.72 arcsec,引起的光束偏离误差为0.365 μrad，大于系统读数分辨率0.0387 μrad,且小于光束偏离准确度指标0.8μrad.     

钕玻璃的热致断裂及泵浦极限

以激光介质的第一主应力为评判标准,依据Griffith微裂纹理论作为断裂临界应力,基于已报道的断裂实验数据和3维、瞬态的有限元计算,建立了预测一定泵浦参数下钕玻璃断裂可能性的Weibull统计模型,同时分析了影响介质泵浦极限的其它因素。结果表明:材料的抛光工艺决定了介质的断裂应力;对于短脉冲大能量方式工作的钕玻璃介质,基于美国20世纪90年代的抛光水平,1 Hz以下低重频时应优先考虑18 kWcm-2的泵浦饱和极限,10 Hz以上高重频时应优先考虑介质的断裂极限。     

Modeling of systems for broadening of spectrum of petawatt laser pulses and for their nonlinear compression

We numerically model the propagation of high-power laser pulses in a periodic system of nonlinear elements separated by spatial retransmitter filters. We show that, if the accumulated phase difference in an individual nonlinear element is restricted by a value smaller than 1.6 rad, it is possible to obtain the total accumulated phase difference greater than 14 rad while preserving the high radiation brightness. The considered scheme can be used for compressing superpower laser pulses.     

一种精级回转驱动机构的研究

两轴四框结构光电吊舱,内框多采用力矩电机直驱,稳定精度仅为数10 μrad。为达到更高精度的μrad量级,提出一种压电陶瓷驱动柔性支承的精级回转驱动机构,作为光电吊舱的内框驱动。介绍了精级回转驱动机构的构型方案,并对压电陶瓷的驱动能力进行了探讨,对柔性支承的回转刚度、固有频率、几何参数进行了详细设计。建立了机电仿真模型,制造了原理样机并进行了性能测试,其主要性能指标为:行程509.1 μrad,分辨率优于0.5 μrad,1 Hz、100 μrad的正弦信号跟踪误差小于3 μrad,固有频率约1 kHz,均满足设计目标。     

可见近红外波段光谱辐射采集系统的设计与应用

针对目前卫星遥感器进行场地定标的光谱观测仪器的应用需求，设计了可见近红外波段(0.4 μm~1.0 μm)的光谱辐射采集电路系统，并结合光谱辐射采集模块进行了应用与数据分析。重点介绍了线阵探测器的选型与驱动需求，并完成了基于STM32微处理器的设计。结合辐射观测需求，在信号处理部分使用仪表放大器运放对探测器的模拟输出信号进行处理，并采用STM32内部的A/D转换器采集。分析数字信号输出的结果，该辐射测量电路系统的的采集数据达到了1 LSB的数据精度(≤0.8 mV)。探测器电路系统应用到光谱辐射采集模块中，进行了户外应用与数据分析，光谱辐照度比对结果的偏差小于5%。光谱辐照度的比对结果证明整个系统可以直接进行产品应用，满足野外辐射测量数据的可靠性获取。