高能光纤激光经准直系统后的光束质量研究

应用光线光学的理论,对透镜的几何像差、热非线性等因素对光纤激光光束质量的影响进行了分析和计算,给出了激光通过多透镜光学系统后,光束质量参数M²与系统参数的一般关系. 研究了高能光纤激光通过准直系统后的光束质量. 研究结果表明,随着激光功率的增大,经准直系统后光束的光束质量存在最佳值,其对应的激光功率与准直系统参数有关,为高能光纤激光准直系统的设计提供了参考. 关键词： 高能光纤激光 光束质量 准直系统 光线光学     

激光推进应用中的远场光束质量评价参数研究

为进行高能脉冲激光远场光束质量评价，从激光器、发射光学系统、光束控制系统和大气传输4个方面分析了光束传输与控制辱统对远场光束质量的影响。在此基础上，综合考虑远场激光的时、空域参数，提出了一套光束质量评价指标体系，该指标体系包括远场激光的能量聚集度、能量均匀性、时间持续性和瞄准稳定性4个方面指标，共11个可实际测量的参数。     

高能激光六十年:回顾与展望

激光的本质是微观粒子的有序运动,而热是微观粒子的无序运动,高能激光产生过程中这一对矛盾贯穿始终,可以说高能激光的发展史,就是一部与废热的斗争史。回顾高能激光发展的六十年,剖析高能激光的科学内涵,我们大致将其划分为前后三十年的两个阶段,前一阶段着重解决能用的问题,后一阶段重在解决好用的问题。围绕产热、散热,我们剖析了激光功率、光束质量、效率三者之间的内在关联,简要回顾了各类高能激光器的发展历程,评价了各类高能激光的特色,展望了高能激光未来的发展路径。     

反射镜热畸变对高能激光系统输出光束质量的影响

高能激光系统中,反射镜镜面热变形会使系统的输出光强和波前分布不均匀性加剧,从而导致输出光束质量的下降。建立了复杂镜面光线追迹的模型,使用Fresnel衍射公式和光线追迹的方法,研究了高能激光系统内通道不同数量22．5。反射镜对输出光束质量的影响。该方法和部分结果对高能激光系统激光器的优化设计,激光内通道冷却方式以及自适应光学校正能力设计参数的选取具有一定的参考价值。     

新概念高能激光武器与强激光光学计量检测技术

新概念高能激光武器的研究与发展已有四十多年的历史。第一代高能激光武器主要采用连续波化学激光器，其输出功率可达百万瓦。第二代高能激光武器主要采用了波长更短的节能固体激光器件，其输出功率为100kW。与第一代高能化学激光武器采用超高能量直接烧毁杀伤目标不同，第二代高能固体激光武器寻求节能型杀伤方式，即以最小程度的破坏来实现致命杀伤的效果。随着高能激光武器的发展和实战部署，作为高能激光武器核心的高能激光系统总体性能参数(能量/功率、激光波形、光束质量、近场和远场的强度分布、光束指向稳定性、光谱和偏振特性等)的计量和测试显得尤为重要。文中围绕新概念高能激光武器的历史、研究现状和未来发展展开论述。高能激光武器系统的研制对强激光光学计量检测技术提出的新要求和挑战有助于推进强激光光学计量检测技术的发展。     

非稳腔氧碘激光器近场杂散光传输特性

氧碘高能激光近场存在较多的杂散光,这些光会严重影响光束传输和光束质量控制。通过对杂散光的产生机理、类型和传输规律的分析和模拟确定了不同类型杂散光的测量方法。利用两个能量计测量了30m通道自由传输时的传输效率,利用测试光阑获得了通道内杂散光角谱曲线和镜面散射光能量。实验表明30m通道自由传输时的能量损失约为5.2%,杂散光的角谱随着传输距离的增加逐渐增大,角谱也会随着光束质量的恶化显著增加。利用角谱曲线可以获得通道内任意位置处光阑上的热负荷,这为高能激光热管理技术奠定了坚实的基础。     

高能激光系统中的物理问题

文章讨论了高能激光系统存在的一些物理问题，着重分析了高能激光系统能力的物理限制，全系统光束质量控制，光束通道和光学元件热效应的产生和抑制，并报道了相关的模拟实验结果．利用数千瓦的氧碘化学激光器（COIL）系统，研究了激光器输出光束的稳定和净化效果，镜面和镜架热效应及其抑制方法，以及通道介质的热效应及其抑制方法，最后还介绍了全系统光束质量一体化控制的共光路共模式（CPCM）自适应光学校正方法．     

基于FPGA的激光光束自对准电气自动化系统设计

激光光束技术运用的越来越广泛,包括光通信技术,激光测距技术,激光瞄准技术等,其中光通信技术范围最广;在光通信过程中,需要面对光束发射端与接收端中心对齐的问题,增加了操作的难度;针对光通信激光光束对准难的特点,研究并设计了一套基于FPGA的激光光束对准系统,利用在FPGA芯片上设计软硬件速度快、稳定可靠、研发周期短等特点;整个系统以FPGA芯片为核心,辅以操作电路、自适应算法;实验表明, 该系统较好地符合了光束对准的要求。     

高能固体激光系统设计及性能评估

近年来高能固体激光器研究及小型电源技术取得了很大的进展,使得利用电源提供能量的高能激光器在近期的应用成为可望实现的目标.但由于高能激光系统设计复杂,且造价高,需要在激光系统设计制造之前对系统性价比进行优化,并对系统性能进行评估.其中选择激光器主要考虑激光波长位于大气窗口,使得经大气传输后激光能量衰减尽可能小;光学系统设计主要考虑物理光学效应的限制及增加自适应光学系统对大气效应引起的光束畸变进行校正.大气传输与补偿模拟程序可对包括高能激光系统、激光大气传输效应等进行全程数值模拟,从而可在高能激光系统设计制造之前对系统性能进行评估,或对现有高能激光系统性能及其对靶目标的损伤效果进行评估.     

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。     

掺镱双包层光纤激光器典型参数对斜线效率的影响

分析了双包层光纤激光器(DCFL)耦合方程的解析解，并对信号光散射损耗、后腔镜泵浦反射率等影响掺镱DCFL斜线效率的典型参数进行了理论研究。结果表明，斜线效率并不是随着后腔镜泵浦反射率的升高而单调增大，因为泵浦反射率的升高会影响光纤的最佳长度，从而降低斜线效率。所以在优化斜线效率时应该考虑到泵浦反射率和光纤最佳长度之间的匹配。同时，提高纤芯掺杂浓度、减小信号光散射损耗也能增大斜线效率。     

大口径光束波前采样器(孔栅)的研制

应用平面波角谱理论，分析了采样器对光波场采样和分光的基本原理以及对空间采样频率的选择规则，描述了实际研制的大口径采样器的结构设计，并通过数值方法和高能激光大气传输实验研究了高能激光经采样器前／后的远场光斑分布关系。结果表明：利用光束波前采样器能高保真地实现对高能激光束的分光。     

Three-Rod Resonator for Krypton Lamp Pumped 1.8 kW Continuous-Wave Nd：YAG Laser

A three-rod series resonator cw Nd:YAG laser suitable for the industrial applications is presented. The symmetrical resonator laser has been developed and is rated at 1820-W output power with beam parameter product 24 mm.mrad. By utilizing the symmetrical resonator design, the characteristic of beam with multi-rod is not obviously decreased compared with that of a single one. The system total electro-optics efficiency of lamp pumped YAG crystal is as high as 4.0%. The main factors, which affect output power and beam quality of high power solid-state laser module, are theoretically analysed.     

高能激光能量计溯源问题研究北大核心

由于高能激光能量计标定过程中没有标准的能量测量装置和标准的激光源,无法采用常规方法对其进行标校。提出了一种利用现有小能量计从低到高逐级多次传递不确定度的方法,以及一种利用能量等效原理对激光能量计进行标校的方法。不确定度传递法方法简单,但环节较多导致不确定度较大。等效标定法包括电标法和光标法,电标法对设计要求较高,但求解过程相对简单。光标法工程实现难度要低得多,但必须事先对灯组余热及热损失进行测算。等效法的三个条件与误差大小关系紧密,在结构设计中必须严格考虑,它是提高测量准确性的根本,其次要尽量减少不确定度传递的中间环节,最后需要对误差项进行科学分析和测定,在此基础上对这些项进行相应的修正和补偿。     

光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响

采用Strehl比、桶中功率、β参数和束宽描述远场光束质量，研究了光束控制系统热效应和球差对远场激光光束质量的影响.用四维仿真程序作了详细计算，给出了数值计算结果并进行了物理分析.研究表明，传输通道的热效应和正球差会使远场光强分布扩展，可聚焦能力下降，光束质量变差.有意义的是，当激光发射功率达到一定值时，合适选取负球差会在几何焦面得到比无球差时更高的峰值光强和更好的可聚焦能力.但在以前的工作中，由于焦移，类似的结论是在实际焦面上得出的.非线性热晕的存在是其物理原因，对此用数值计算例子作了说明. 关键词： 高功率激光 热效应 光束控制系统 球差     

光纤激光共孔径光谱合成实现5kW高效优质输出

采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明:多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件;参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。     

光学系统像差与光场干涉对激光参量测量精度的影响

研究了采用面阵CCD探测器测量光束参量的技术问题,研制了一套高精度激光参量测量系统,对其光学系统像差与光场干涉原因进行了理论分析,实验测量了连续抽运1064nm固体模式发生器产生的基模厄米高斯光束,分析对比了其输出光束带有干涉条纹时对测量精度的影响,对光学系统的设计提出了具体技术要求,为同类装置的研制提供了参考依据。     

离轴八程放大器自动准直技术研究

展示了基于离轴八程激光放大器的闭环自动准直技术研究,该项技术旨在用自动准直系统取代手动光路准直的方式,明显提高了该构型复杂的多程激光放大器的运行效率、准直精度与其输出光束质量。该技术利用主激光照明和像传递系统实现离轴八程激光放大器中滤波器小孔空间位置的精确标定,通过边缘检测处理远场光斑得到其指向中心。基于光斑中心与基准间的差值,对特定反射镜架进行二维控制进行光束指向补正,从而实现离轴八程放大器系统的闭环自动准直。研究结果表明,实验结果契合离轴八程放大器系统对光束准直准确率与效率的要求,验证了该准直技术在离轴八程激光放大光路中应用的可行性。