激光束低频畸变波前模型的计算模拟

 在分析强激光束低频位相噪声特点的基础上,采用位相均方根梯度表征激光束的低频位相噪声并结合随机位相屏构建相应的畸变波前模型。通过模拟计算,给出低频位相噪声的均方根梯度与聚焦光斑尺寸的初步规律。     

激光束低频位相误差叠加规律研究

 用随机位相屏模拟光学元件产生的低频位相误差，并用RMS位相梯度对低频位相误差进行统计量化，通过对激光束传输过程进行模拟，对低频位相误差的叠加规律有了新发现，并对位相误差叠加规律进行了修改，为位相校正提供了理论上的依据；通过对光束聚焦过程进行研究，得到了低频位相误差影响光束焦斑尺寸的初步规律；并在此基础上提出了一种光束质量控制的新方法。     

连续位相板均方根梯度对焦斑匀滑特性的影响

为满足惯性约束聚变(ICF)系统中,对焦斑均匀辐照的条件,研究了连续位相板(CPP)面形特征对远场光斑质量的影响.从波动光学和几何光学两个不同的角度建立分析模型,并利用均方根梯度这一参数将其统一起来.利用所建立的分析模型,通过数值计算研究了CPP面形均方根梯度对低频畸变光束的匀滑效果.结果表明:随着CPP均方根梯度增大,匀滑后的远场焦斑半径增大;光束顶部不均匀性先很快减小,再缓慢降低,最后趋于不变,可见CPP对光束的匀滑效果明显;束匀滑过程对能量利用率的影响先几乎不变,然后逐渐减小.当CPP的相关长度不变,均方根梯度在0.2-0.8 wave/mm范围内时,光斑尺寸、光束顶部不均匀性及能量利用率都在较好的范围. 关键词： 连续位相板 均方根梯度 光束匀滑 聚焦光斑     

低频位相误差新校正方法模拟研究

 就多程放大系统中产生的低频位相噪声，提出用位相补偿反射镜来进行补偿的静态校正方法。用随机位相屏模拟光学元件产生的低频位相噪声，建立光传输模拟模型，引入等效位相片的概念，将数个光学元件对位相的影响简化为等效位相片，在此基础上对位相补偿反射镜的校正原理进行阐述。进而对双程光路校正过程进行了模拟研究，得到了很好的校正效果。     

位相畸变激光束的谐波转换

首次在理论上研究了位相畸变激光束的谐波转换，从波动方程出发，应用空间频谱方法处理位相畸变光束的非线性耦合问题，建立了适用于位相畸变且空间光强不均匀光束的谐波转换的理论模型。     

波荡器位相误差及垫补计算

 给出了波荡器位相误差的函数式, 可由磁场峰值分布直接计算波荡器位相均方根误差。给出了波荡器垫补修正场的简单解析计算式, 可根据垫片的位置、大小、厚度、磁极间隙等参数直接计算出对磁场及位相的修正 。     

三倍频激光束特性传输变换的近似模型

针对具有振幅和位相扰动的激光束的三次谐波转换，理论上研究了三倍频激光束特性的传输变换，给出了光束质量Ｍ２因子、振幅和位相扰动变换的近似解析模型，可为高功率激光驱动器的设计提供理论依据。     

光学元件低频位相噪声的空间尺度

 建立求位相分布空间尺度的数学模型并计算了实际钕玻璃放大片所产生位相噪声的空间尺度。且就空间尺度对焦斑的影响及其在传输过程中的变化进行了数值模拟，结果表明：空间尺度对聚焦焦斑影响很小；在传输过程中，位相噪声的空间尺度会增大，而这种增长会增强变形镜等光束质量控制手段的效果。     

用角锥棱镜阵列抑制低频波前畸变

 分析了角锥棱镜阵列“准”位相共轭特性的原理；采用模拟计算的方法，验证了角锥棱镜阵列对低频波前畸变的抑制作用，并研究了其单元数的优化，指出了该方法的局限性和有效应用范围。研究结果表明，采用该方法能有效地提高畸变激光束的焦斑能量集中度，对于抑制双程同轴激光系统的大幅动态低频波前畸变具有现实的应用意义。     

超细激光束准直器设计的新数学模型

为了获取长距离超细激光束，采用几何能量守恒法设计出一种衍射光学元件，推导出高斯光入射时衍射光学元件位相函数。根据建立的数学模型，设计超细激光束准直器，并模拟高斯光入射时出射激光束的光斑形状及光强分布，最后计算了能量利用率。     

高功率光学元件畸变波前位相均方根梯度计算

 根据实际光学元件的畸变波前建立了畸变波前模型，分析了位相均方根梯度计算过程中，三种波前数据处理方式的各自特点及优劣，并得出最佳处理方式，即对波前边缘增添零采样点、加汉宁窗处理、傅里叶变换、低通滤波、傅里叶逆变换、乘上逆汉宁窗，最后截取原始长度的数据。讨论了畸变波前边缘增添零采样点的个数、波前口径、波前抽样间距与均方根误差之间的相互关系。计算证明，对于口径为300 mm×300 mm、抽样间隔为0.5 mm的随机波前，当取截止频率为33 mm^－1、初始波前两边分别添14个点即波前尺寸扩大7 mm长时，其均方根误差最小，此时该值为 0.008 λ，恢复的波前最理想，计算所得的位相均方根梯度也最合理。     

高功率激光系统随机相位屏的特性研究

 高功率激光系统中随机相位屏的统计模型出发，分析了其相位噪声及梯度的一阶和二阶统计性质。研究了完全相干光与部分相干光通过随机相位屏后的传输性质，推导得出部分相干光在经过随机相位屏后，其交叉谱密度的期望等于随机相位屏透过率函数的期望与入射光交叉谱密度的乘积。对该模型下的远场分布进行了数值模拟。结果显示，能量对称分布的完全相干光通过相位干屏后,只有通过随机相位屏透过率函数期望的远场分布是对称的；部分相干光在传输通过随机相位屏后，其谢尔模光束性质不会改变，但光强分布不再具有对称性，且强度明显降低。     

超短双曲正割脉冲的两种脉冲宽度比较

利用理论推导和数值模拟方法,给出了超短双曲正割脉冲较为严格的均方根脉冲宽度与通常使用的半高全宽脉冲宽度的解析表达式,并对两种脉冲宽度进行了比较.研究结果表明,对于亚周期（半高全宽脉冲宽度小于一个光学振荡周期）双曲正割脉冲,均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度有较大的差异,并且绝对相位对均方根脉冲宽度的影响很大.所以描述亚周期双曲正割脉冲时应该使用更加严格的均方根脉冲宽度.     

强激光系统光学元件波前相位梯度分析

 介绍了在高功率固体激光系统中用于评价光学元件对光束聚焦特性影响的参数——波前相位梯度及其检测原理和计算方法，并与常用的光学元件评价参数P V值、RMS值以及新引入的评价方式——PSD进行了比较。得到了高功率激光系统中几种典型光学元件的相位梯度分析结果，结果表明利用相位梯度分析方法能够有效的对光学元件的加工质量进行评价。     

连续相位板束匀滑容差能力分析

在惯性约束聚变系统中,改进G-S算法设计的连续相位板能够对波前发生畸变的激光进行束匀滑处理,以改善远场分布。由于连续相位板对不同畸变状态的波前进行处理后的效果不一样,因此针对连续相位板的束匀滑容差能力进行了系统分析。鉴于畸变光束的传输特性,采用波前均方根梯度来量化波前畸变量,定量计算了不同畸变光经过匀滑处理后的远场光强分布情况。并比较了不同入射畸变光通过连续相位板后的远场焦斑顶部均匀性,结果表明:当入射波前畸变的均方根梯度小于0.32 wave/mm 时,连续相位板具有很好的束匀滑效果。     

基于二维傅里叶变换的单帧干涉图相位提取方法

针对大口径光学元件干涉测试过程中,测试装置和干涉腔长较大,气流扰动和环境振动对移相测试过程产生影响等问题,采用一种基于二维傅里叶变换的单帧干涉图处理方法,只需要对一幅空间载频干涉条纹图进行处理即可获得待测相位,具有抗振测试的优点。对该方法的基本原理和算法过程进行分析,并对近红外大口径移相平面干涉仪中600 mm口径的光学平晶进行了面形测试。实验结果表明:采用该方法所得波面峰谷值(PV)为0.112,波面均方根值(RMS)为0.014,与移相算法所得波面数据相比,波面峰谷值偏差不到(1/500);波面均方根值(RMS) 偏差几乎为零。     

迭代最小二乘法用于非线性移相器的标定

针对移相干涉仪中移相器的非线性会影响测量结果准确性的问题,提出了一种基于迭代最小二乘拟合的标定干涉仪移相器的新方法。对移相器加电压并采集若干幅干涉图后,通过在帧间和帧内迭代开展最小二乘拟合可计算出干涉图间移相值,从而得出了电压值与移相值的对应关系曲线,通过对曲线作非线性拟合并对电压值进行精密调整,完成移相器的精确标定。在改造后的干涉仪上对此标定方法进行验证,与Zygo干涉仪相比,相同元件下两者测量结果之差的RMS值为1.726 nm。该标定方法可以降低高精度面形测量干涉仪对移相器线性度的要求。     

多程放大系统光学元件静态波前畸变研究

 通过研究光学元件静态波前畸变对多程放大系统光传输的影响，给出了满足聚焦光斑要求的均方根梯度值以及光学元件加工误差的最大允容值。加工误差的峰谷值不超过λ/3、均方根值不超过0.079λ,相位梯度的峰谷值不超过0.033λ/cm、相位梯度均方根不超过0.007λ/cm。通过光传输模拟程序校验了波前畸变的相干叠加和非相干叠加规律。