高能COIL偏振态的实验研究

 通过两块楔镜补充衰减和中性衰减片相结合的能量衰减方法，测得了功率密度为20 W/mm² COIL的偏振态。采用角反射器作为稳定腔折返装置，提高了激光能量分布的均匀性。激光光束分别以45°的入射角入射到两块楔镜上，被楔镜反射后，垂直通过中性衰减片，最后进入偏振态测试仪。实验结果表明：在腔内没有任何偏振选择器件和不加外部电磁场的情况下，采用折叠式稳定腔的横流双模块氧碘化学激光光束呈现部分偏振性质，而且在出光过程中偏振度逐渐降低。     

直角棱镜激光衰减器的研究与实验

本文在分析平面反射和棱镜内光束传输规律的基础上,提出以直角棱镜用做无像差激光衰减器,并在宽、窄Ｈｅ Ｎｅ光束条件下,通过对激光光束质量因子Ｍ２的测量,验证棱镜反射应用衰减器对光束质量无显著影响。     

37单元双压电片变形镜板条激光光束净化

为了校正板条激光器输出光束波前像差,改善输出光束质量,提出了基于37单元双压电片变形镜的板条激光光束净化系统。采用柱面反射式单向扩束器使主振荡功率放大结构板条激光器输出光束尺寸与37单元双压电片变形镜有效口径相匹配,利用随机并行梯度下降算法控制双压电片变形镜面形,进行波前像差闭环校正,校正后光束远场归一化桶中功率提高到净化前的2~3倍。     

根据激光束横截面能量分布的变化测量大功率激光聚焦镜的像差

提出了一种实时测量大功率激光照射下聚焦镜产生的像差的新方法。该方法利用混合模激光束在传输过程中光束横截面能量分布的变化来进行测量。首先通过计算混合模激光束的光学参数来模拟其在传输过程中的光束横截面能量分布的变化,然后计算其通过聚焦镜后在焦点位置的光束横截面能量分布,通过对比计算所得的光束横截面能量分布和实际测量的焦点位置的光束横截面能量分布的差异,得到聚焦镜的像差。     

用于测量高功率激光远场光强空间分布的小畸变光强衰减与成像系统研究

介绍了用于测量星光装置激光远场空间分布的高衰减倍率与成像系统。它是高功率激光产时监测系统的组成部分。衰减器减倍数可以在１０＾－２－－１０＾－１２间变化，衰减成 给定条件下引入的附以像差被控制在２倍衍射极限之内，总的波像差小于２λ／３。     

平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统

为了满足快速、精确、定量地测量薄膜激光损伤阈值的要求,设计了平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统.介绍了损伤阈值测量的原理和方法,提出二分查找与顺序查找相结合的能量密度查找方式;根据分光镜的分光比及能量探测器示值求解辐照激光能量,用CCD成像法精密测量了作用在薄膜表面的激光光斑面积;基于小波变换法,通过图像处理精确识别了薄膜的损伤;建立能量密度与损伤几率坐标并进行最小二乘法拟合,对损伤阈值进行了标定.对45°高反射膜分别进行了高斯光束辐照和平顶光束辐照的测量实验,结果表明:高斯光束辐照测量的损伤阈值为9.95J/cm~2,平顶光束辐照测量的损伤阈值为13.98J/cm~2,平顶光束诱导比高斯光束诱导的损伤阈值高40.5%.     

ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

 采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器，实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征，并将之用作材料破坏的光学判据，测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ，相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm²。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征，给出了材料的破坏时刻，并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为10¹⁵W/m²。研究了能量透过率与泵浦能量的关系，并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明：在多纵模激光的作用下，透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

透红外含碲氟铝基玻璃的激光损伤阈值

 在氟铝酸盐玻璃组分中加入适量声子能量低的重金属氧化物TeO ₂，得到一种新的氧氟化物玻璃。该材料具有良好的成玻璃性能，适合制作大尺寸红外窗口镜。研究了TeO2含量对玻璃特征温度、阿贝数和红外透过性能的影响。同时测试了这种玻璃的抗DF激光能力，结果表明： TeO ₂含量为15%的玻璃，DF激光破坏阈值达14.95 kＷ·cm^-2。分析显示，由于玻璃基质的多声子吸收，对激光能量的吸收而引起的热冲击是导致玻璃破坏的主要原因。进一步降低玻璃中水分，可以提高玻璃抗激光破坏性能。     

基于同心环带型渐变衰减片高斯光束匀化研究

中心波长为1064nm的激光光束,经准直扩束光学系统后,其光强仍呈类高斯分布。为了对其进行整形匀化研究,根据光阑法与激光光强分布曲线设计一种渐变衰减片,衰减片结构由若干遮光环与透光环组成,对激光光束进行物理遮拦,达到了降低该激光能量不均匀性的目的。利用MATLAB计算各遮光环带的半径,利用Zemax模拟衰减片作用于激光时的非相干辐照度结果,仿真结果表明,衰减片能够降低激光的能量不均匀性。在改进的扩束系统中加入衰减片,测得激光能量不均匀性为9.31%。测量结果表明,基于光阑法设计的同心环带型渐变衰减片对降低激光能量不均匀性有效,具有一定的工程参考意义。     

飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产额和激光转化效率

 在激光能量130 mJ（靶面），脉宽60 fs，波长800 nm，对比度1∶10^-6，激光与靶法线成45°夹角，P偏振，靶面激光峰值功率密度约为7.0×10¹⁷ W·cm^-2，无预脉冲的条件下，采用电子谱仪与经γ标准源标定的LiF热释光探测器（TLD）相配合，测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中产生的超热电子能谱。根据所测的能谱，推算出超热电子的产额和激光能量转化为超热电子能量的效率，在靶法线方向分别为1.19×10¹⁰/sr和4.55%/sr，在激光反射方向分别为1.83×10⁹/sr和0.76%/sr。结果显示，不同方向的超热电子产额和激光转化效率有所不同，原因在于激光-等离子体相互作用产生的超热电子构成各向异性的分布。     

球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器

为了将虚共焦非稳腔输出光束质量高和角锥棱镜谐振腔具有免调试的优点结合到一起,提出了用球面角锥棱镜构成虚共焦非稳腔的方案。利用已有虚共焦非稳腔钕玻璃激光器,设计加工了一球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器。模拟计算了两谐振腔输出光束的模式分布,然后对两钕玻璃激光器进行了实验对比研究。结果表明:实验得到的模式分布与模拟计算结果相吻合,球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器与虚共焦非稳腔钕玻璃激光器分别获得了最大2176.9J和2340.6J的能量输出,二者的电光效率与束散基本相同,分别为4.3%,0.30mrad和4.6%,0.26mrad。     

气泡的远场干涉分析及应用

提出了一种分析气泡远场干涉的理论模型。平行激光束照射到透明介质中的气泡上,折射光束与全反射光束在远场发生干涉形成内密外疏圆环状干涉条纹,推求了两平行出射光线的光程差公式和两光线之间的距离公式,分析了圆环状干涉条纹内密外疏的原因,给出了计算干涉条纹存在区域和最高干涉级的方法。通过干涉方法可以测量气泡的直径,能够用于介质深处气泡尺寸的测量。利用远场干涉对玻璃水箱、平板玻璃、玻璃棱镜中的气泡直径进行了测量,其中玻璃棱镜中气泡直径测量结果与用阿贝比长仪测量结果对比,相对差为0.9%。预期了气泡远场干涉在运动气泡尺寸、泡内气体折射率、透明光疏介质中光密介质球尺寸测量等方面的应用。     

多自由度误差同时测量中的滚转角测量方法

提出了一种滚转角误差测量的新方法,该测量方法能够实现与其他自由度误差测量相集成,构成多自由度同时测量系统.系统采用带温控的半导体激光器单模光纤组件作为光源,有效降低了激光器本身的光线漂移,为测量提供高精度高稳定性的基准光线;采用特殊棱镜作为测量的敏感单元,通过此棱镜出射光线的直线度测量,间接实现滚转角误差测量.实验过程和数据表明,测量系统具有很好的稳定性和重复性,通过与电子水平仪的对比实验,验证了该方法的可行性,测量精度约为2".     

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。     

Variable high-energy-laser attenuator based on the interference on a transparent plate

The transmittance of a transparent plate is theoretically and experimentally investigated, taking into account Fabry–Perot effects due to Fresnel reflections of a Gaussian beam on the boundaries of a plate. On the basis of these theoretical and experimental predictions, we present the application of a variable laser attenuator based on a thin transparent plate and a temperature regulation. Here, the absorption of the laser energy in the plate should be as low as possible, and its transmittance is changed by the interference due to the different thicknesses and refractive indices for the different temperatures of the plate. Therefore, such an attenuator can be used for a broad range of wavelengths and high-energy laser applications.     

折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。     

Periodic adjustment of the position of a laser beam spot on a semiconductor saturable absorber mirror in a passively mode-locked solid-state laser

A laser diode end-pumped passively mode-locked Nd:YVO₄ solid-state laser with a semiconductor saturable absorber mirror (SESAM), in which the intracavity laser beam spot on the SESAM can be adjusted periodically, is investigated. Inserting a rectangular prism (RP) into the laser cavity is a promising approach towards the goal of periodically moving the position of the focus spot of the intracavity pulse on the SESAM surface to avoid the long-time irradiation of the laser beam on the same position, thereby solving a series of problems caused by damage to the SESAM and greatly prolonging its usage life. The adjustment of the rectangular prism in the laser cavity does not break the stable continuous wave (CW) mode-locked condition. The laser generates a stable picosecond pulse sequence at 1064 nm with an output power of 3.6 W and a pulse width of 14 ps. The instabilities of the output power and the pulse width are 1.77% and 4.5%, respectively.     

Holographic prism as a new optical element: III. Experimental implementation of a holographic prism of modification II and comparative characterization of the two holographic prism modifications from the application point of view

The conditions for the formation of a holographic prism of modification II (for which a beam of diffracted rays is induced by a reference laser beam in the plane oriented perpendicularly to the reference beam) are described. A sample of this prism is implemented experimentally, and its response to the signal (reference) beam is demonstrated. Two modifications of a holographic prism as a basis for solving metrological problems of storing and reproducing flat angles and transferring the angle size to gradable and/or calibrated angle-measuring tools are compared. Each modification is found to have advantages in particular fields; thus, none can be considered as unconditionally preferred. The final choice of a particular modification can be made only after detailed analysis of the devices on their basis.