高精度激光参数测量系统中衰减系统的研究与评价

 分析了楔形镜和中性玻璃衰减片组对光束的衰减原理，采用反射式楔形镜作为无像差定量衰减器，并同时使用中性玻璃衰减片组微调光束能量。实验测量了LD泵浦激光模式发生器基模和高阶模条件下激光束的M­²因子,结果表明：楔形镜反射式衰减器对光束质量无显著影响，将楔形镜第一次表面反射作为无像差定量衰减，入射角在0~55°范围内，单棱镜表面反射光束能量为入射光能量的4.3%，通过多块组合可以得到更大的衰减；可采用中性玻璃衰减片组对激光光束的衰减进行精细控制，使其满足CCD探测器动态范围要求。该结论可为高精度激光参数测量装置光衰减系统的研制提供理论依据。     

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验

针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题，开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究，搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置，开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明，随着装调视场角度的增加，1/3倍缩束组件在1.2°视场处M²测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置，研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明，随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置，对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明，在高反式测量装置中，待测光束通过高反镜时产生了退偏，从而导致光束质量测量结果偏小，楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。     

高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究

为了提高光束质量、压缩光束发散角,利用现有高功率稳定腔TEA CO2激光器进行了非稳谐振腔的技术改造及激光输出试验,非稳谐振腔采用正分支虚共焦型非稳腔方案。为充分研究谐振腔结构参数及激光振荡模体积对输出能量和光束发散角的影响,共设计加工了包含4种放大率、5种模体积的20组非稳腔腔镜组合。在其它参数都相同的试验条件下,进行了非稳腔镜的单脉冲输出对比试验,得到的最大输出能量为14 J,是原平凹稳定腔的70%,而光束发散角只是原平凹稳定腔的1/4。     

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。     

激光回馈波片位相延迟测量的误差源及消除方法

激光回馈法是一种新型的波片位相延迟测量方法。将波片放置在激光器与回馈镜之间,可使激光回馈波形产生偏振90°旋转（即跳变）现象,而两偏振态所占的周期比（占空比）与波片的位相延迟相关。通过测量占空比即可由计算机自动给出波片位相延迟。采用双向扫描回馈镜,2次获得并测出占空比,这样可以很好地消除两偏振态损耗的波动造成的测量误差,提高了该方法长期测量的稳定性。测量的重复性达到0.5°。该方法结构简单,在线测量精度高,满足工业化生产的需要。     

高能激光束在线测量系统的光强衰减设计

 针对环形光刀取样式高能激光束在线测量系统应用中光电探测器线性饱和功率密度低而被测高能激光功率密度高的特点,采用对取样激光扩束和介质膜衰减片级联衰减的方式,实现了数千倍的线性光强衰减。介绍了环形光刀扫描取样及其扩束衰减原理,并对介质膜衰减片在激光入射角 0°~15° 和功率密度1~1 000 W/cm²条件下的透过率特性进行了分析,用实验验证了该光强衰减设计的有效性。     

Archimedes 32,4,3,4结构光子晶体中与偏振无关的自准直分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法法模拟, 在Archimedes 3²,4,3,4结构排列的二维光子晶体中同一频率下同时实现了电磁波两种偏振态的自准直. 研究发现,在该结构光子晶体中引入缺陷,当线缺陷宽度改变时, TE和TM两种偏振态光束的分束效果将会随之变化.由此通过控制缺陷宽度,分别实现了两种偏振态光束的50% ∶50%分束以及90°大角度光折弯,分束和折弯的效率都较为理想,为未来设计基于光子晶体的新型光子学器件提供了一种新的思路.     

激光雷达信号大气衰减效应

激光雷达信号在大气中传输时,大气中的气体分子和大气气溶胶粒子、尘埃、雨等对激光信号的吸收和散射导致光信号能量的衰减是影响激光雷达信号传输的重要因素。另外,由于大气密度分面目 不均匀导致激光沿光路上的折射,大气湍流效应导致光束横截面上能量分布起伏、光束扩展和漂移等,这些对激光雷光信号的传输产生一定的影响。本文对激光在大气中传输的各种能量衰减机制进行分析和讨论,为激光雷达系统的设计提供理论依据。     

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。     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

 分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用，带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合，其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析，结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM₀₃模的拉盖尔高斯光束；当3个二面角误差不相同时，模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

光强连续可调的圆偏振光衰减器

利用1/4波片及偏光棱镜,设计了光强连续可调的圆偏振光衰减器,通过该器件可获得偏振度高且光强连续可调的圆偏振光.该衰减器解决了632.8 nm多膜氦氖激光器出射光为非完全自然光且偏振面随时间做随机变化导致实验误差的问题,为偏光信息测试系统提供了相对稳定的激光光源.     

Generation of a radially polarized laser beam by use of a conical Brewster prism

To generate a radially polarized laser beam we designed and fabricated a new Brewster optical element that consists of convex and concave conical prisms. The lateral surface of the convex conical prism was coated with a dielectric multilayer (SiO2 and Ta2O5) to enhance polarization selectivity. By combining two prisms we obtained a conical Brewster prism without beam divergence owing to refraction. A radially polarized TEM01* (R-TEM01*) mode laser beam was demonstrated when this prism was used inside a Nd:YAG laser cavity.     

外腔延时反馈半导体激光器混沌偏振可调控制方法研究

提出外腔延时反馈半导体激光器混沌偏振可调控制方法,分别建立了垂直正交偏振延时双反馈、同偏振面方向延时双反馈以及任意可调偏振延时双反馈激光动力学物理模型. 通过调节激光器外腔光路中的平面镜和光衰减器可控制一平面偏振反馈光的延时时间及光反馈量,或调节一偏振反馈光的偏振面到另一个偏振反馈光的偏振面方向上或者到任意偏振方向都可进行激光混沌控制. 数值结果证明该方法可以控制激光混沌到单周期态、多周期态等,还发现该控制可使激光器同时呈现偏振周期振荡、偏振反周期振荡、稳定三种动力学行为等. 关键词： 混沌 控制 激光器 偏振     

Generation of a radially polarized laser beam by use of the birefringence of a c-cut Nd:YVO4 crystal

We demonstrated the generation of a radially polarized laser beam from an extremely simple laser resonator including a c-cut Nd:YVO4 crystal as a laser medium. The oscillation in the radial polarization was based on the optical path difference between an extraordinary ray and an ordinary ray induced by the birefringence of the crystal. By simply adjusting the distance between two cavity mirrors, only the extraordinary ray became stable for the oscillation, resulting in the generation of a radially polarized beam. The beam was very stable even at low power output and is expected to be a promising radially polarized laser source because of its excellent simplicity.     

A prism anamorphic system for Gaussian beam expander

Basic properties are given of the prism anamorphic expander of a Gaussian beam composed of a couple of prisms in tandem. Its shorter overall length for a given expansion, relative ease of optical adjustment, a sharp selection of polarization component, and rather small inclusive dispersion make it an excellent beam expander in a specific laser cavity. The design principle is presented of the prism system with a grating for an anastigmatic optical resonator for a dye laser of narrow linewidth and of short pulse duration.     

氧碘化学激光中的增益光导效应

 发现和分析了氧碘化学激光中的增益光导效应。碘注入的不均匀等导致增益在该方向的不均匀。采用预混模型和Fabry Perot腔模型，推导了碘不均匀分布情况下的单重态氧的产额和激光束横向分布的解析表达式。计算结果表明，由于增益光导效应，引起激光横向分布的变化，可导致光束在碘注入方向的倾斜，以及输出功率的下降。     

Stable dual-wavelength erbium-doped fiber ring laser with switchable spacing employing controllable channel loss

A stable dual-wavelength erbium-doped fiber ring laser with switchable spacing is proposed and experimentally demonstrated. An arrayed waveguide grating (AWG) incorporating two fiber optic switches (OS) is used to as the wavelength selector. The ring cavity is divided into two cavities by a 30:70 optical coupler. Equalized dual-wavelength outputs are achieved by controlling the variable optical attenuator (VOA) inserted in the lower loss cavity. The wavelength spacing can be tuned from 0.80 to 12.05 nm. The fiber laser has good optical quality with maximum power fluctuation of 1.5 dB and side mode suppression ratios (SMSRs) higher than 71 dB.     

氧碘化学激光器UR-90腔光束质量研究

 概括了光束质量的表示方法, 由衍射极限倍数的定义出发, 提出重点在于选取光斑直径, 而且可把光斑测量归结到电子测试仪对剪切电平的测量上。给出了电子测试仪的测试原理, 由所测光斑直径计算了氧碘化学激光器U R290腔的光束质量指标—衍射极限倍数, 达到了1.2～1.6倍衍射极限, 最后进行了误差讨论。     

200 W双谐振腔组合单向输出准连续绿光激光器

研究了最大平均输出功率达206 W的高功率准连续绿光激光器.利用ABCD定律及高斯光束在腔内的自再现条件,分析了激光晶体热透镜效应及热致双折射效应对谐振腔稳定性和输出光束质量的影响.实验中将两个型号相同的LD侧面泵浦激光模块分别置于一个平-凹V型谐振腔和一个平-凹直腔内,形成两束稳定运转的1 064 nm基频光,经过声光Q开关和倍频晶体后,产生两束倍频光,均到达平面折叠镜,最终由平面折叠镜单向重叠输出.当激光模块的泵浦电流为50 A,声光调Q的重复频率为22.4 kHz时,最大平均输出功率为206 W,最大单脉冲能量为9.2 mJ,脉冲宽度为201 ns,峰值功率为45.8 kW的532 nm绿光输出,倍频效率达到60.2%.激光器2 h工作的功率不稳定度优于2.5%.