短波长化学激光系统反射镜研制

 报道了短波长化学激光系统高反射镜的膜系设计、镀膜材料的选取、反射膜制备技术、基板加工、反射镜性能测试和各种膜系反射镜在强激光辐照下的热畸变和损伤。     

光谱调制反射镜的数控加工控制结构函数

在千焦耳拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注.利用经光学微纳超精细加工而成的电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形.在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据加工精度来合理设计数控加工的控制结构函数以及加工刻蚀深度结构函数.针对神光Ⅱ千焦耳拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,推导出数控加工的控制结构函数及其刻蚀深度结构甬数,并通过数值模拟计算,分析了调制结构反射镜逼近调制函数的效果及其光谱调制特性.     

高光束质量、高功率稳定性激光器的设计及实验研究

高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.     

液晶相位调控器件的高功率激光应用相关问题

液晶相位调控器件在聚变点火、激光加工、光电对抗、激光雷达、激光通讯、激光防护等高功率激光领域有着非常广泛的应用及应用前景。但受限于构成器件材料自身抗激光损伤能力的限制以及缺乏对高功率激光辐照下液晶相位调控器件相位调控性能退化及损伤特性的系统研究,目前液晶相位调控器件的激光耐受力还难以满足高功率激光系统的应用和发展需求。为指导高激光耐受力液晶相位调控器件的制备工艺优化,对液晶相位调控器件在高峰值和高平均功率激光应用下出现的损伤现象以及性能退化进行了综述,最后对液晶相位调控器件激光耐受力提升方法做了总结和归纳。     

复制轻质金属反射镜的应用与制备

采用复制轻质金属反射镜技术，可以制作出薄而轻、表面粗糙度好、光学性能好的各种轻质金属反射镜。复制该反射镜的工艺流程长，涉及的技术面宽，影响该镜光学质量的因素多，为确保该镜的质量稳定可靠，必须解决好母板的制作、基体材料的选取与处理、基体的加工与处理、贴合胶的选取与处理、稳定工艺、严格的质量考核的技术问题。     

强迫水冷激光反射镜形变研究

本文研究了在连续高功率激光辐照下,强迫水冷反射镜的形变.导出了反射镜的形变方程,并给出了方程的解析解及镜体材料形变品质因数,计算分析了在20kW激光功率辐照下,各种尺寸镜体的镜面形变量及其分布和对谐振腔的影响.     

基于光压原理的大功率激光功率测量北大核心CSCD

大功率激光功率测量常用量热法,但溯源复杂。介绍了具有较高测量精度的基于光压原理的大功率激光功率测量方法,设计了利用1/10^(5)精度天平大功率激光测量实验,测试了基于GaAs半导体材料制作的反射镜的反射率及损伤阈值,确定了基于GaAs半导体材料反射镜的相关性能。得到了普通实验室条件下的功率测量重复性及线性,验证了1/10^(5)精度天平用于大功率激光测量的可行性。通过实验结果结合理论计算,得出利用1/10^(5)精度天平的光压测量功率的测量上限可以达到3×10^(4)W以上。     

多层介质膜光谱调制反射镜的反应离子束刻蚀误差容限

 在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明：刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。     

用于高功率激光器的光学元件（特邀）

激光的出现对大多数实际应用系统中的光学元件的性能、质量及其加工提出了严格的要求。激光的高功率性能由3个不同的过程决定：其一是对入射光辐射的吸收（主要由各种吸收机制决定）;其二是由热学性能决定的温度升高和响应;其三是元件的热光学和热机械响应,如变形、应力断裂等。在设计效率高、紧凑性好、可靠性好的应用于不同领域的高功率激光系统时,需要考虑不同运行条件下的脉冲、连续波、不同占空比的重复频率或突发模式等。     

用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的微变形镜特性研究

在很多高功率的激光器中,由于热效应的缘故会导致激光器的光束质量大幅下降。为了改善激光光束的动态畸变,自适应光学是一种有效的方法。作为自适应光学系统的核心部件,设计了一种可用于大功率激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变补偿的新型可变形反射镜,并且通过工艺流片实际制造出有效反射面积为30 mm×30 mm,拥有49个静电驱动单元的可变形反射镜。对该微机电系统(MEMS)微变形镜的变形特性进行了详细的理论分析和模拟研究,并和实际测量结果进行了比较,得到了满意的结果。为了实现闭环控制,对微变形反射镜的光学影响函数矩阵进行了全面测量,并用得到的电压矩阵对畸变激光光束的波前进行了校正。实验结果表明,微变形反射镜可以有效地改善激光光束质量。     

空间遥感器高体份SiC/Al复合材料反射镜组件设计

为消除反射镜与支撑结构材料线胀系数差异产生的热变形对反射镜面形精度、系统成像质量的影响, 采用高体份SiC/Al复合材料作为新型反射镜组件的材料。首先, 通过合理的结构设计及有限元分析比较, 确定了Ф600 mm口径反射镜结构参数, 然后, 对反射镜组件进行了静力学和动力学分析, 在1 g重力载荷作用下, 反射镜X、Y、Z方向去除刚体位移后的镜面变形RMS值分别为12.6, 12.7, 12.6 nm, 达到了λ/50(λ=632.8 nm)。最后, 为了验证高体份SiC/Al复合材料反射镜组件的结构性能及检验结构在振动条件下的抗干扰能力, 对反射镜组件进行了力学试验, 反射镜组件的一阶谐振频率为556.6 Hz。力学试验前后, 反射镜镜面面形误差RMS分别为0.021λ、0.025λ, 没有明显变化。实验结果表明:高体份SiC/Al复合材料反射镜达到了与SiC材料反射镜相同的设计指标要求, 能够满足空间应用。     

强激光反射镜基体材料的热畸变特性有限元分析

 利用有限元方法数值模拟了单晶硅（Si）、铜（Cu）、钨(W)、氧化铍(BeO)等镜体材料的热畸变特性。结果表明：当入射激光功率为2 kW、镜面反射率为93%、光斑直径为17 mm、激光照射时间为10 s时,四种材料基板的中心最大热变形分别为0.984,3.32,1.55,1.88 μm。相比之下,Si镜的热变形最小,是比较理想的镜体材料;Cu镜的热变形最大;W和BeO两种材料的镜热变形介于Si镜和Cu镜之间,具有较高的强度和硬度,抗破坏能力较强。     

Thermo-optically driven adaptive mirror for laser applications

An adaptive mirror is investigated that is based on the deformation of the reflective surface due to thermal expansion of an underlying material that can be locally heated with an external light source. The mirror is made from a glass plate coated with a 1-mm-thick layer of a material with a large thermal expansion coefficient that was finally sputter coated with a thin gold film. The adaptive mirror is thermo-optically heated with an incandescent lamp. To generate the desired temperature pattern an aperture mask is used. The deformation of the adaptive mirror is measured with a Michelson interferometer. It is shown that the spatial resolution and amplitude of the deformation are sufficient for the application as an adaptive mirror. As a possible application the suitability of this mirror type as part of a laser resonator to generate a super-Gaussian mode is discussed. PACS 42.60.Jf; 42.60.By; 42.79.-e     

空间相机中主镜及其支撑方案设计与分析方法

叙述了现代空间相机对主镜的特殊要求。总结了主镜对空间相机性能具有重要影响的主要因素,即形状、材料、轻量化形式、支撑方式、微重力的影响和热尺寸稳定性等,并说明了在设计时应考虑的问题。重点论述了在对主镜进行分析时的多学科集成仿真方法、一般分析过程和迭代仿真分析策略,以及有限元法的工程分析的误差和光学元件面形评价方法。实践证明,该研究方法在空间相机设计与制造中是切实可行的。     

Size determination of subsurface defect by active thermography – Simulation research

This paper presents the results of 3D numerical simulations of thermal phenomena in uniform material with subsurface defect located at some depth. The material is aimed to be tested by means of IR active thermography. The temperature field of the front surface of material tested is observed and analysed. The results of modelling are suitable for step heating as an external thermal stimulation – heat flux. The heating duration needed for accurately defect sizing is discussed. Also, an effect of two defects with different thermal properties and simultaneously occurring in the material tested is analysed.     

相变制冷复合镜研究

 提出一种新的复合式腔镜结构,利用硅镜（钼镜）和铜镜的优点,避免它们的缺点,可以有效地减小热畸变。对钼、铜复合镜作了与硅镜的对比实验。实验结果表明钼、铜复合镜的热畸变比硅镜的约小一半。     

相变制冷复合镜研究

提出一种新的复合式腔镜结构,利用硅镜(钼镜)和铜镜的优点,避免它们的缺点,可以有效地减小热畸变.对钼、铜复合镜作了与硅镜的对比实验.实验结果表明钼、铜复合镜的热畸变比硅镜的约小一半.     

Atomic force microscopy of the mirror cleavage surface of defect TGS crystals

The nanorelief of the mirror cleavage surface of triglycine sulfate crystals with various defect densities has been studied. Typical nanorelief features of both defect and clean (without artificial impurity) crystals are two-dimensional rounded bumps (dips) of equal height (depth) of about half the lattice parameter and sub-micrometer lateral sizes. The density, lateral size, and scatter of such 2D structures are several times larger for defect crystals than for clean ones. The correlation between the crystal defect density and the density and lateral size of 2D structures on the cleavage surface has been revealed. Conclusions are made about the defect origin of the typical nanorelief on the mirror cleavage.     

Investigations and experiments of a new multi-layer complex liquid-cooled mirror

This paper describes a new multi-layer complex liquid-cooled Si mirror with 3 cooling ducts in Archimedes spirals. Utilizing the ANSYS program, the structure of the mirror is optimized and the thermal deformation model of the mirror is simulated. The simulation results show that the mirror has the following advantages:very small amount of surface deformation, uniform distribution of temperature and surface deformation,and fast surface shape restoration. The results of the experiments of thermal deformation and the surface restoration are accurately mapped to the simulation results.     

高能量密度激光器腔镜有限元分析

 通过对高能量密度激光器运行过程中腔镜存在的表面及背面吸收热量的有限元分析,得出腔镜表面在不同吸收热流密度和约束条件条件下热变形分布。指出提高腔镜反射率,改变腔镜的基底材料以及优化腔镜的约束条件是显著降低腔镜反射面变形的有效途径。