高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大（MOPA）系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在x方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0．8和1．6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在石方向和Y方向最大的变化范围分别为0．6和0．81μrad,满足系统实验要求。     

高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81μrad,满足系统实验要求。     

ICF装置靶场结构总体稳定性设计

 通过分析光学元件的动力学响应,计算靶场每条光路的结构漂移误差,进行了靶场结构总体稳定性评估。神光主机装置单光路靶场结构漂移误差计算结果表明：其靶场结构设计满足稳定性要求,该方法可以应用在ICF装置靶场结构总体稳定性设计中,但所得的漂移误差的裕度应大于一个给定的合理值。     

神光Ⅲ主机搭载平台双光路自动瞄准系统

神光Ⅲ主机靶室中用来搭载多种物理诊断设备(条纹相机、分幅相机等)的平台要求具有很高的定位精度和工作稳定性,能方便、可靠地实现对靶室内打靶目标的瞄准,为此设计了一种双光路自动调整与瞄准装置,其位置精度可以保证20μm范围内。搭载平台采用了一套双光路成像系统和一套三自由度运动部件构成瞄准系统。在瞄准系统中,应用视觉伺服控制技术,实现了搭载平台对打靶目标的高精度自动瞄准。搭载平台已经安装到神光Ⅲ主机装置上进行了自动瞄准精度检测,得到径向(z)和指向(x,y)的瞄准调整精度分别为14,11,12μm;实际搭载了分幅相机进行激光打靶考核验证,通过物理实验得到了X光焦斑图像,表明该自动瞄准调整系统满足工程使用要求。     

万焦耳级激光装置的焦斑诊断

为了评估万焦耳级激光装置不同打靶透镜构型的远场光束质量,采用弱光取样、分束放大成像的探测方法,在横向放大系数相同而光强衰减系数不同的条件下,通过两台16位科学CCD在主瓣光路和旁瓣光路对3ω激光束的焦斑进行采集;基于纹影测量激光焦斑数学模型,获得了动态范围为1 151.7:1的远场焦斑重构图像;并对CCD动态范围、分束光路相对放大系数、系统噪声等因素对焦斑诊断的影响进行了分析.实验表明,该方法能够实现高动态范围远场焦斑的精确测量,对于重构图像的拼接边缘误差小于1 pixel,满足打靶要求.     

高功率准分子激光系统光学设计

 回顾并介绍了高功率准分子激光系统设计中需要综合考虑的两项主要技术——像传递技术和角多路技术。讨论了照明方式和激光振荡源的光束整形在激光系统成像光路设计中的重要作用,对多路放大技术及角多路放大技术形式进行了系统分析。多路激光非相干合束是角多路技术和成像技术对高功率准分子激光系统光学设计提出的特殊要求,在简要分析了透射阵列和反射式望远物镜两种实现多路激光合束的打靶光学系统基础上,提出了一种利用反射式打靶光学系统和一套光学延迟线阵列来同时实现角多路编码和解码的新型光路布局,给出了初步设计方案。     

基于有限元分析的大型固体激光器稳定性指标重分配

在大型固体激光器结构稳定性设计中,使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度,造成结构建造的巨大浪费。为此,提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法,即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数,采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后,所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配,得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229,满足结构稳定性设计要求。     

正态分布随机数发生器及其在模拟光传输软件中的应用

利用计算机高级语言提供的伪随机数发生器,通过“高斯筛选”和“求平均值”两种方法,开发出满足正态分布的随机数发生器。将其应用于分析大型激光装置光路稳定性的模拟软件中,成功地完成了对“神光Ⅲ原型装置四程放大器”的光路稳定性分析。     

正态分布随机数发生器及其在模拟光传输软件中的应用

 利用计算机高级语言提供的伪随机数发生器,通过“高斯筛选”和“求平均值”两种方法,开发出满足正态分布的随机数发生器。将其应用于分析大型激光装置光路稳定性的模拟软件中,成功地完成了对“神光Ⅲ原型装置四程放大器”的光路稳定性分析。     

多通道光路在气体分析中的应用

本文在不分光红外分析法的基础上,应用一种多通道的光路,研究在一个气室中分析多种气体成分的方法。即研究在一个气室中周期地透射多种特定的带通很狭的红外波时,其光电响应值与相对应气体成分浓度的关系。结果表明,多通道光路系统的检测精度和稳定性方面均达到了较好水平。     

离轴高功率双程放大系统中小信号增益系数 与泵浦能 密度关系研究

描述了在多程放大装置上首先实现了高功率、大口径、方光束的双程离轴放大。对由 8片N31 玻璃片组成的放大器的增益特性做了测试。在充电电压为 2 2 k V、泵浦能密度为 1 0 .2 4 J/ cm3时 ,小信号增益系数为 4 .0 8% cm- 1 。     

离轴高功率双程放大系统中小信号增益系数与泵浦能密度关系研究

 描述了在多程放大装置上首先实现了高功率、大口径、方光束的双程离轴放大。对由8片N31玻璃片组成的放大器的增益特性做了测试。在充电电压为22kV、泵浦能密度为10.24J/cm³时,小信号增益系数为4.08%cm^-1。     

光学元件损伤在线检测装置及实验研究

 利用暗场成像原理，研制成功一套应用于大型激光装置的光学元件损伤在线检测装置，并在多程放大系统上进行了实验研究。与传统的检测手段相比，该检测装置可以实现对光学系统的在线检测，并可对损伤点的图像进行分析处理，最后提出通过减小像差和扩大检测范围的方法来改进该装置的检测效果。     

超短脉冲激光再生与多程放大器的理论分析与实验建立Ⅰ.理论部分

从半经典理论的麦克斯韦－布洛赫方程出发,对种子激光脉冲在再生和多程放大器中的放大过程进行了分析,结合实际的物理条件得出了放大器的峰值输出的解析表达式。     

激光原型装置结构稳定性指标划分理论及检测

 结构稳定性是ICF驱动器一个重要的设计指标。根据激光原型装置（TIL）多程放大、框架式设计的特点，结合矩阵光学对单个光学元件对光束漂移的影响进行了分析，综合不同光学元件对光束漂移的影响，建立了光学元件稳定性指标分配的数学模型，根据原型装置特点对数学模型中各参数之间的关系进行了确定，求解得到了装置内各个光学元件的稳定性指标，以此作为光机系统结构稳定性的设计要求。经过对原型装置光路稳定性指标的测试，光路稳定性漂移x方向和y方向均方根值为2.78 μm，峰谷偏差值x方向和y方向分别为14.4 μm和15.60 μm。结果表明原型装置结构稳定性漂移满足设计要求，稳定性指标划分方法合理。     

基于子结构技术的光机装置反射镜组件的稳定性分析

反射镜组件是光机装置的重要组成部分,反射镜片的转角稳定性对光路的传输有着直接影响。为了分析获得在地脉动载荷作用下反射镜片的转角响应,分别基于整体结构建模技术和子结构技术建立了某光机装置简化结构的有限元模型,并分析获得了装置中两个反射镜片的转角响应。两种方法得到的反射镜片的转角响应差别分别为3.99%,11.84%,说明基于子结构技术开展光机装置反射镜架组件的稳定性分析是可行的。     

基于便携式柱面镜多通池的二氧化碳高灵敏度探测研究

二氧化碳作为大气中重要的温室气体，与气候变化和人类活动密切相关，因此对其浓度的探测具有重要意义。利用近红外可调谐二极管激光器结合自主设计的便携式小型化柱面镜光学多通吸收池，实现了二氧化碳气体的高灵敏探测。通过Matlab编写光线传输矩阵，优化设计了基于柱面镜的光学多通吸收池，相比于传统Herriott型多通池，具有腔镜利用面积高、在相同体积内可实现有效光程长等特点，在物理基长为15 cm的情况下，实现了14 m的有效光程。实验中使用中心波长为1.57 μm的DFB二极管激光器，采用直接吸收光谱方法对CO₂气体进行了探测研究，并用Allan方差对系统性能进行了分析。结果表明，在平均时间为5 s时，系统的探测灵敏度为33.1 μL·L-1，平均时间为235 s时，系统的探测灵敏度可达到5.3 μL·L-1。此外，利用该系统实现了大气中CO₂的探测，得到大气中的CO₂浓度为383.4 μL·L-1。基于柱面镜多通池搭建的可调谐激光吸收光谱(TDLAS)系统，结合了柱面镜多通池可在小体积内实现长光程和可调谐激光吸收光谱技术高灵敏度、高分辨率、快速响应的优点，大大减小了系统体积，提高了系统探测灵敏度，在气体探测领域有广泛的应用。     

蒙特卡罗法在高功率激光系统输出能量稳定性研究中的应用

以"四程 助推"放大系统为例,运用蒙特卡罗(Monte-Carlo)法计算分析了放大过程中注入能量、放大增益及损耗单独存在随机变化和以上因素共同作用时对系统输出能量稳定性的影响.计算结果表明,系统输出能量稳定性对四程小信号增益系数和腔内光学元件透过率的随机变化相当敏感;小信号增益随机变化明显大于注入能量对输出能量稳定性的影响.同时,也说明应用蒙特卡罗方法解决随机性问题的有效性和简洁性.     

4程放大光路自动准直系统研究

 激光束光路自动准直系统用于神光 Ⅲ原型装置光束精密准直。针对神光-Ⅲ原型的总体要求和主光路，结合光路自动准直的关键技术，充分考虑了其4程放大主空间滤波器的4个小孔空间分布和光学位置的特点，利用小孔像传递的原理，设计出一套优化、合理的4程放大的光路准直总体方案，并且在多程放大实验平台上得到了充分的验证和考核。