高功率激光光学元件面形参数表征

 针对神光-Ⅲ原型装置使用的光学元件,基于国内光学元件加工现状,结合空间频段的概念,对高功率固体激光驱动器所需光学元件不同的面形评价参数进行了阐述。结合对激光远场焦斑的影响,对面形评价参数的重要性进行了举例说明。提出了面形的综合评价方式,全面界定面形各项评价参数,对光学元件的评价具有一定的参考价值。     

高功率激光光学元件面形参数表征

针对神光-Ⅲ原型装置使用的光学元件,基于国内光学元件加工现状,结合空间频段的概念,对高功率固体激光驱动器所需光学元件不同的面形评价参数进行了阐述。结合对激光远场焦斑的影响,对面形评价参数的重要性进行了举例说明。提出了面形的综合评价方式,全面界定面形各项评价参数,对光学元件的评价具有一定的参考价值。     

高功率光学元件畸变波前位相均方根梯度计算

根据实际光学元件的畸变波前建立了畸变波前模型,分析了位相均方根梯度计算过程中,三种波前数据处理方式的各自特点及优劣,并得出最佳处理方式,即对波前边缘增添零采样点、加汉宁窗处理、傅里叶变换、低通滤波、傅里叶逆变换、乘上逆汉宁窗,最后截取原始长度的数据。讨论了畸变波前边缘增添零采样点的个数、波前口径、波前抽样间距与均方根误差之间的相互关系。计算证明,对于口径为300 mm×300 mm、抽样间隔为0.5 mm的随机波前,当取截止频率为33 mm－1、初始波前两边分别添14个点即波前尺寸扩大7 mm长时,其均方根误差最小,此时该值为 0.008 λ,恢复的波前最理想,计算所得的位相均方根梯度也最合理。     

高功率光学元件畸变波前位相均方根梯度计算

 根据实际光学元件的畸变波前建立了畸变波前模型,分析了位相均方根梯度计算过程中,三种波前数据处理方式的各自特点及优劣,并得出最佳处理方式,即对波前边缘增添零采样点、加汉宁窗处理、傅里叶变换、低通滤波、傅里叶逆变换、乘上逆汉宁窗,最后截取原始长度的数据。讨论了畸变波前边缘增添零采样点的个数、波前口径、波前抽样间距与均方根误差之间的相互关系。计算证明,对于口径为300 mm×300 mm、抽样间隔为0.5 mm的随机波前,当取截止频率为33 mm^－1、初始波前两边分别添14个点即波前尺寸扩大7 mm长时,其均方根误差最小,此时该值为 0.008 λ,恢复的波前最理想,计算所得的位相均方根梯度也最合理。     

高功率光学元件校正波前的梯度均方根指标

对高功率固体激光装置中,光学元件波前经过变形镜校正后的梯度均方根指标开展了研究。建立了变形镜校正效果的等效分解方法,分析了校正波前的部分相干叠加特性,对校正波前的梯度均方根与焦斑尺寸的对应关系进行了研究。解决了在有变形镜校正时,如何制定元件波前梯度均方根指标的问题。研究结果对高功率固体激光装置的光学元件波前指标制定有指导意义。     

高功率光学元件校正波前的梯度均方根指标

对高功率固体激光装置中,光学元件波前经过变形镜校正后的梯度均方根指标开展了研究。建立了变形镜校正效果的等效分解方法,分析了校正波前的部分相干叠加特性,对校正波前的梯度均方根与焦斑尺寸的对应关系进行了研究。解决了在有变形镜校正时,如何制定元件波前梯度均方根指标的问题。研究结果对高功率固体激光装置的光学元件波前指标制定有指导意义。     

高功率固体激光装置光学元件“缺陷”分布的功率谱密度方法及等效求法

提出采用功率谱密度（PSD）的方法来描述光学元件的“缺陷”分布状况.以数目巨大的微米量级振幅调制型缺陷为例,基于统计思想,得到了光学元件“缺陷”分布等效PSD的求法,并验证了等效求法的合理性. 关键词： 功率谱密度 统计分析 等效求法 “缺陷”     

高功率固体激光装置光学元件"缺陷"分布与光束近场质量的定量关系研究

基于光传输理论,获得了弱调制情况下光学元件"缺陷"分布功率谱密度 (power spectral density, PSD)与光束近场强度分布PSD之间的定量关系;通过数值模拟的方法,针对高功率固体激光装置的基本单元(线性介质、非线性介质以及空间滤波器)对获得的理论关系进行了具体的验证和讨论.研究结果表明,弱调制下,只存在振幅型或位相型"缺陷"分布时,光学元件"缺陷"分布PSD与光束近场强度分布PSD通过近场强度分布PSD的系统传输因子联系,传输因子与系统的构型和运行状态有关.研究结果为光学元件"缺陷"分布指标的获得提供了理论基础,对高功率固体激光装置负载能力的提升起到了一定的指导作用. 关键词： 缺陷分布 功率谱密度 光学元件 光束质量     

高功率固体激光器光学元件位相误差滤波

不同频段的位相误差对输出光束将产生不同的影响，低频段主要影响远场焦斑主斑的能量分布，中高频段影响光的散射或者可能出现的较大的强度峰值调制，高频段影响光的散射，导致能量的损失。研究光学元件引入的位相误差与输出光束之间的定性、定量关系，首先必须对位相误差进行相应的滤波处理，反映光学元件面形的细微误差。     

光学元件波前梯度的数值计算方法

惯性约束聚变系统中光学元件的波前梯度均方根是一个关键参数,对其数值计算涉及到的空域处理、频域滤波及梯度算法等关键技术进行了理论分析。分别采用最简单差分算法、中心差分算法、最小二乘拟合算法、“五点法”对实测波前数据进行了梯度均方根值计算。结果表明波前数据的空域处理采用Quad-flip技术较为合适;频域滤波器的选用上应着重考虑滤波的有效性。对于原始波前,4种算法计算梯度均方根值的差别小于0.01 λ/cm(λ=632.8 nm);而对于截止频率为0.0303 线/mm的低通滤波后波前,其差别小于0.001 λ/cm,该差别对计算结果的影响可以忽略。     

大口径光学元件波前功率谱密度检测

波前功率谱密度（PSD）被用于评价惯性约束聚变激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。高功率固体激光装置对大口径光学元件波前质量的要求有别于传统光学系统,要求对波前误差进行较高空间频率的测量。探讨了大口径光学元件波前的高空间分辨率检测技术,采用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器,通过傅里叶变换获得波前一维功率谱密度分布。对惯性约束聚变激光驱动器的典型光学元件进行了波前功率谱密度的的检测和分析。     

高功率固体激光近场强度功率谱密度特性分析

高功率固体激光驱动器的负载能力已经成为限制驱动器发展的瓶颈问题,负载能力研究的主要是激光束近场和光学元件的相互作用过程。采用功率谱密度(Power spectral density,PSD)方法分析了多程放大构型高功率固体激光驱动器实验输出近场强度的频谱在激光强度提升过程中的演变规律,分析了引起近场强度调制的主要因素。结果表明,高强度下,激光驱动器的输出近场存在明显的频谱特征,二维功率谱密度近似满足各向同性,近场调制主要源于小尺度自聚焦效应,PSD曲线显示获得增长的频率主要是各级空间滤波器截止频率所限定的频段。     

色分离光栅对输入波前畸变宽容度的研究

采用频域分段的方法,对强激光系统的波前畸变进行了理论分析;使用随机相位屏构建低频畸变波前模型,并提出采用迭代算法构建中高频畸变波前模型。使用构建的畸变波前模型作为输入,通过模拟计算,给出了色分离光栅对输入波前畸变宽容度的初步规律。     

高功率高重复频率全固态激光器热透镜效应补偿与分析

将kHz高功率固体激光器增益介质当作厚透镜处理,建立了热透镜效应分析的理论模型,使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析.对增益介质抽运均匀性进行了改善,通过分析模拟计算结果,设计了混合非稳腔结构,选择了最佳凸面镜曲率半径对热透镜效应进行补偿.试验结果表明,补偿效果明显,kHz高功率全固态激光器的光束发散角优于1.3 mrad.     

高功率垂直腔面发射激光器的光束准直特性

基于高斯光束的准直原理,针对不同结构参数的大功率垂直腔面发射激光器光束特征,通过选用合适参数的透镜,研究了不同连续和脉冲电流条件激励下光束的准直特性.对于出光口径为200 μm的器件,通过f=3.1 mm,NA =0.68的透镜,连续工作条件下,准直后的最小发散角达到1°;在电流为40A、脉宽60 ns、重复频率1 k...     

Boost升压电路在固体激光电源中的应用

介绍一种用于固体激光电源的Boost直流升压充电电路，对电路的充电过程进行理论计算，给出设计计算的公式；该电路可以将储能电容充电至900V，激光器工作频率可达20Hz，解决了小型高重复频率固体激光器用电池供电的难题。     

Heating by Optical Absorption and Cooling of High Power Laser Mirrors

In high power laser system, laser mirror is the core and the most sensitive optical component, which influences the increase of laser power and the quality of laser. Absorption of light at mirrors causes wavefront distortions through the thermal deformations of substrates. The analytical solutions of the two-dimensional transient thermal theory of high power laser mirrors are developed, copious graphical results in our case are presented, and the predicted results are compared with those of the experiment.     

高功率激光系统中B积分的研究

通过对非线性薛定谔方程的求解,数值模拟了高功率激光系统中钕玻璃的B积分传输规律,并理论分析了B积分对光脉冲的波形和频谱的影响,详细介绍了几种消除B积分影响的方法。这对高功率激光系统中光放大有一定指导意义。     

Fourier Code for Spatial Filter in High Power Laser System

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＳｈｅｎｇｕａｎｇⅢｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｗｏｒｌｄｂｉｇｅｓｔｐｒｏｇｒａｍｓｉｎｌａｓｅｒｆａｃｉｌｉｔｙ．Ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｃｏｍｐｌｅｔｅｓｅ...     

脉冲激光烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布与激光功率密度分布的研究

用较为符合实际的高斯分布表示了脉冲激光输出功率密度分布，讨论了脉冲激光功率密度分布函数形状变化对烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布的影响。建立了考虑热源项的热传导方程，并给出了相应的边界条件。以Si为例，用有限差分方法模拟了温度随时间、位置的变化规律，模拟过程中强调了对边界条件的处理，使整体截断误差保持最小。通过改变脉冲激光功率密度分布函数的形状，分析了温度分布的变化。结果表明，相比恒定脉冲功率密度输出，功率密度高斯分布的激光束与靶材作用时高温阶段的温度变化率变大，靶材表面熔融时刻热扩散距离增加；当激光器上升沿变陡时，在有效作用时间内温度上升得更快，对加工区域周围热效应的影响明显减弱，而热扩散距离变小。