拼接光栅机械形变对远场光强的影响

分析了将多块较小的光栅使用机械拼接的方式制成超大面积光栅,能解决大面积光栅目前无法整块生产的情况,在实际拼接中光栅会出现很微量的应力变形。根据拼接光栅通常的形变特点,采用标量衍射理论建立了光栅形变的理论模型,并就两块光栅拼接的情况进行了计算和分析,发现形变同拼接误差一样,会对光栅的远场光强产生负面影响,微小的变形量都对远场光强造成破坏,因此对衍射光场的影响不可忽略;获得了光栅机械形变的容限;最后给出了预防形变的措施:可着重减小y方向上约束,并使用多层介质膜光栅降低光栅对能量的吸收。     

拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

单程拼接光栅压缩池系统中光栅缝隙的衍射效应

利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的高斯光束数学模型.该模型能够分析单程拼接光栅压缩池系统中拼接光栅的缝隙对远场时空特性的影响.数值模拟得到了不同系统参数时远场时空特性关于缝隙宽度的变化曲线.揭示了光栅缝隙对远场的影响规律：对于双光栅拼接的压缩池系统，若只是压缩池中第二块光栅为拼接光栅，则光栅缝隙导致远场时域略微变窄；若压缩池中的两块光栅都是拼接光栅，则缝隙导致远场时域展宽或者变窄，依赖于入射脉冲的傅里叶变换极限型脉宽大小；光栅缝隙对于远场强度分布的影响是导致中央主峰能量下降，并且出现两个子峰，子峰的峰值随缝宽的增大而增大.     

1700 线/mm镀金光栅的拼接理论和实验研究

提出了一个能够实时地监控拼接光栅状态的方案；理论上论证了氦氖光不能用来实时监控1740线衍射光栅的光栅拼接实验；提出了一种选择监控光波长的方法，使得拼接光栅的各种误差对于主光束和监控光的影响是一致的，并且通过实验进行了验证. 关键词： 拼接光栅 刻线密度误差 实时监控 光栅对压缩池     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。     

有像差情况下的全息光栅拼接研究EI北大核心CSCD

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

基于波前法的光栅拼接误差检测及计算方法

光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一,而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差,能够实现对拼接误差的自动闭环调整,通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅拼接误差关系的数学模型,分析了干涉仪测量光栅拼接误差的原理,用ZYGO干涉仪实现拼接光栅0级及-1级衍射波前的数字化定量提取,分析并计算了拼接误差波前,得到五维拼接误差的数值解。利用拼接光栅-2级的衍射波前验证五维拼接误差结果的准确性,实验结果表明由0级、-1级、-2级拼接波前计算的拼接误差具有较好的一致性,为利用波前检测光栅拼接误差并实现自动化闭环调整提供了理论指导。     

脉冲压缩光栅光学拼接方法研究

脉冲压缩光栅是激光约束核聚变系统中的重要光学元件.随着激光约束核聚变工程的快速发展,对光栅的口径要求越来越大.全息技术是制造大口径脉冲压缩光栅的重要手段,其制作的光栅大小受限于记录光学系统口径.为了制造出超大口径的脉冲压缩光栅,提出了一种采用多次曝光拼接技术制作大口径脉冲压缩光栅的方法.该方法采用参考光栅作为检测元件,利用其再现的光学特性,以检测记录干涉光场与已记录光栅之间位相匹配情况,并利用条纹锁定系统控制记录干涉光场的相位,实现光学拼接制作大口径脉冲压缩光栅的目的.开展了1740lp/mm光栅拼接实验研究.拼接对准精度优于30 nm.     

有像差情况下的全息光栅拼接研究

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

Coherent addition of gratings for chirped-pulse-amplified lasers based on near-field and far-field measurements

The development of phased-array grating compressor is a crucial issue for high-energy,ultra-short pulse petawatt-class lasers.Almost all systems have adopted a tiled-grating approach to meet the size requirements for the compression gratings.We present a computer-control test system utilizing near-field interference and far-field focusing capable of monitoring and fast correcting tiled errors of the grating compressor.In this system,the tilt/tip errors between the two gratings are determined by the Fourier transform (FT) of the individual interference fringe,and the piston errors are determined by the ratio of the two primary peaks formed in the far-field pattern as a function of the piston difference.Monochromatic grating phasing is achieved experimentally and pulse compression is demonstrated with a tiled grating system.     

Diffraction grating eigenvector for translational and rotational motion

Future energy scaling of high-energy chirped-pulse amplification systems will benefit from the capability to coherently tile diffraction gratings into larger apertures. Design and operation of a novel, accurate alignment diagnostic for coherently tiled diffraction gratings is required for successful implementation of this technique. An invariant diffraction direction and phase for special moves of a diffraction grating is discussed, allowing simplification in the design of the coherently tiled grating diagnostic. An analytical proof of the existence of a unique diffraction grating eigenvector for translational and rotational motion that conserves the diffraction direction and diffracted wave phase is presented.     

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。     

拼接光栅压缩器的时域特性

在拼接光栅和拼接光栅压缩器的设计中,子光栅调节偏差不可避免,各维偏差与拼接光栅的时间特性之间的关系很关键。通过脉冲压缩理论分析得到各维偏差和聚焦脉冲时间宽度展宽之间的解析关系,从数值计算结果分析,面平行左右偏差对脉冲的时间宽度影响较大,必须控制在21.08μrad内;条纹密度差异对脉冲宽度的影响很显著,相对条纹密度的比值应控制在10-5以内;从消除角色散的角度分析,面平行俯仰偏差和条纹平行度偏差可以相互补偿,条纹密度差异和面平行左右偏差也可以相互补偿。     

Optical terminal analysis of a multigrating tiled compressor in a PW-class CPA-laser

In the highest-power chirped-pulse amplification lasers, the pulse must be stretched in time, amplified, compressed in a grating compressor and subsequently focused by off-axis parabola to obtain a high peak power. In the optical terminal, the temporal and spatial effects of mismatched multigrating tiled compressor on the far-field pulse are critical factors to be analysed. In this paper, a k-space raytracing model is proposed for the temporal and spatial analyses of possible errors in a four-grating single-pass tiled compressor. The results show that the last grating affects mainly the partial focal spot, while the middle two gratings affect the temporal waveform, and the partial focal spot needs much higher error control than that in the temporal domain in a picosecond pulse compression.     

Passive vibration isolation of reaction wheel disturbances using a low frequency flexible space platform

Reaction wheel assemblies (RWAs) are momentum exchange devices used in fine pointing control of spacecrafts. Even though the spinning rotor of the reaction wheel is precisely balanced to minimize emitted vibration due to static and dynamic imbalances, precision instrument payloads placed in the neighborhood can always be severely impacted by residual vibration forces emitted by reaction wheel assemblies. The reduction of the vibration level at sensitive payloads can be achieved by placing the RWA on appropriate mountings. A low frequency flexible space platform consisting of folded continuous beams has been designed to serve as a mount for isolating a disturbance source in precision payloads equipped spacecrafts.Analytical and experimental investigations have been carried out to test the usefulness of the low frequency flexible platform as a vibration isolator for RWAs. Measurements and tests have been conducted at varying wheel speeds, to quantify and characterize the amount of isolation obtained from the reaction wheel generated vibration. These tests are further extended to other variants of similar design in order to bring out the best isolation for given disturbance loads. Both time and frequency domain analysis of test data show that the flexible beam platform as a mount for reaction wheels is quite effective and can be used in spacecrafts for passive vibration control.     

Demonstration of coherent addition of multiple gratings for high-energy chirped-pulse-amplified lasers

Petawatt solid-state lasers require meter-sized gratings to reach multiple-kilojoule energy levels without laser-induced damage. As an alternative to large single gratings, we demonstrate that smaller, coherently added (tiled) gratings can be used for subpicosecond-pulse compression. A Fourier-transform-limited, 650-fs chirped-pulse-amplified laser pulse is maintained by replacing a single compression grating with a tiled-grating assembly. Grating tiling provides a means to scale the energy and irradiance of short-pulse lasers.     

一种新型车载傅里叶变换红外测油仪的研制

水污染监测中,水中有机物含量是水质检测的重要指标。目前广泛使用的基于光栅红外分光光度方法的测油仪存在速度慢、灵敏度低、分辨率和信噪比不高等问题。应用傅里叶变换红外光谱检测技术,可以有效克服传统仪器的不足。文章研制了一种基于特伦结构的傅里叶变换红外光谱仪,有效减小仪器的体积并降低成本、提高抗环境干扰能力,使之适用于车载野外监测要求。基于干涉激光波长反馈和DSP控制的音圈电机控制系统实现直线电机运动速度误差低于5%。采用标准油样对仪器性能进行测试,实验结果表明,仪器分辨率最高为2 cm-1,信噪比达到2 000∶1。该方法与传统光栅方法相比,检测速度快,有机物光谱图性能指标显著提高,轻便易携带的特点对水质实时现场检测带来便利。     

新型机载光电平台万向架及其关键技术

介绍了国外新型机载光电平台万向架及其涉及的关键技术。结合机载光电系统装备产品发展趋势,叙述了机载光电系统万向架平台技术现状,从万向架平台配置、隔振形式以及稳定精度等方面做了介绍;从任务集成、高精度稳定以及运动补偿等方面分析了机载光电系统对万向架平台提出的更大任务传感器布局空间、更强的运动补偿功能以及更高的环架稳定性能等要求;研究了国外新型的无约束驱动-主动随动和并联式-主动随动机载光电万向架平台创新技术,结果表明,国外新型机载光电平台万向架在任务负载/万向架质量比大于1的基础上,实现了3轴优于5 μrad的稳定性能;最后提出了新型机载光电万向架平台关键支撑技术。