强激光远场光斑强度分布测量技术

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性,重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术,总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪,系统具有结构紧凑的特点,能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。     

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。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

高能脉冲激光远场多参量测试系统设计

为研究高能脉冲激光远场光束质量,设计了一套激光远场多参量测试系统.首次将远场激光束的空间分布、脉冲波形和中心能量测试纳入到一个体系中.从总体设计、硬件构成、软件设计等三个方面对系统进行了阐述,重点介绍软件系统的实现过程.光束质量测试系统能够有效地获取远场激光的时空参数,为进一步进行远场激光性能评价奠定了基础.     

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。     

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。     

二元激光等离子体的时空演化机制研究

由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源，其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比，因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体，获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像，以期探索不同激光支持吸收波(LSAW)类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制。实验通过低、高激光辐照度的脉冲激光，分别构建了激光支持燃烧波(LSCW)和激光支持爆轰波(LSDW)型等离子体。通过观察等离子体的形态、内部结构、粒子分布、粒子寿命，结合元素的物理性质及谱线属性，分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用，形成了二元激光等离子体的时空演化机制。结果表明：(1)激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构；(2)低辐照度激光诱导产生的LSCW型等离子体内部有明显的层状分布，激光主要吸收区位于蒸汽等离子体，此时粒子的寿命较短，分布结构主要依赖于元素熔点，低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出，分布于蒸汽等离子体顶部；(3)高辐照度激光产生等离子体的传播模型为LSDW型...     

化学氧碘激光远场发散角时间分辨测量

 介绍一种高功率激光远场发散角时间分辨测量的实验装置， 对千瓦级连续氧碘激光的远场发散角进行了测量，给出了实验结果，并对这些结果进行了初步分析和讨论。     

便携式激光辐照度测量系统

激光驾束制导中,制导激光的辐照度是一个重要的性能参数。为了实现制导激光辐照度的野外快速、准确测量,研制了小型、便携式激光辐照度测量系统。系统利用微处理器进行控制和数据采集处理,实现了测试数据的自动修正,提高了测量结果的准确性。同时可选择测量0.92μm、0.98μm和1.06μm三种波长的激光辐照度。经实验验证,该系统测量准确、结构简单、使用方便,适合室内以及野外测试。     

大功率TEACO2非稳腔激光器的远场传输特性

针对大功率激光器的远场传输特性,提出了一种测量TEACO,远场光束传输特性的新方法,该法采用相对测量和绝对测量相结合的方式来获得高能激光器的绝对空间光强分布。利用该方法测试了2kW脉冲TEACO,非稳腔激光器在500m处的光强分布,并对测试结果进行了分析讨论。实验结果表明,此方法简单、易行,准确度较高,而且测量过程中考虑了大气湍流的影响,光斑强度相对分布上出现了平顶、破碎并出现旁瓣现象,实测大气透过率为81．5％,最大功率密度为1．59W／cm^2,光束的横向远场发散角达到0．64mrad,基本与理论计算结果相吻合。本研究将为评估激光系统的应用效果及系统的优化设计提供重要的参考。     

高能高功率激光参数测量技术研究

简述了高能高功率激光技术的发展现状及其计量测试需求，介绍了近年来开展的高能高功率激光参数计量测试研究取得的进展，给出激光功率能量、时域参数和空域参数等测量原理和方法。指出了高能高功率激光参数测量面临的主要问题及需要突破的关键技术，包括大动态范围功率能量“无畸变”衰减技术、激光功率能量现场测量技术和功率能量计溯源及后向散射补偿方法等。     

卡塞格林望远系统与激光束参数匹配

 在激光工程系统中,把卡塞格林望远系统等效为一个扩束器和环形光阑的组合形式,研究了激光束的光腰半径与卡塞格林望远系统的参数匹配问题。推导出光束扩束后通过环形光阑衍射的场分布解析表达式,并由此数值计算了由环形光阑引起的能量损失,以及光束扩束后光腰半径与环形光阑外径的比值K对Strehl比的影响。结果表明,在卡塞格林望远系统参数确定的条件下,存在最佳比值K,使损失能量最小,并可以获得较高的Strehl比,得到最大的峰值光强。     

一种测量大面积激光束光强分布的复合阵列

针对大面积高能激光束时空分布参数测量的需要,研究了量热和光电法综合测量激光束时空分布的方法。采用现场实时定标技术有效地解决了两类数据融合问题,研制了量热光电复合阵列测量系统。该复合阵列主要由256路量热探测单元、120路光电探测单元、多通道数据采集模块和数据分析处理模块等部分组成,具有量热型探头测量绝对激光能量准确、光电探测器测量时间分辨率高等优点,实现了大面积高能激光束光强分布时间和空间的绝对测量。     

Influence of turbulent atmosphere on the far-field coherent combined beam quality

Propagation of coherent combined laser beams in turbulent atmosphere is numerically studied based on the extended Huygens-Fresnel principle. By choosing beam propagation factor (BPF) and beam quality factor (BQ) to characterize the far-field irradiance distribution properties, the influence of turbulence on far-field coherent combined beam quality is studied in detail. The investigation reveals that with the coherence length decreasing, the irradiance distribution pattern evolves from typical non-Gaussian shape with multiple side-lobes into Gaussian shape which is seen in the incoherent combining case. In weak turbulent atmosphere, the far-field beam quality suffers less when the 1aser array gets more compact and operates at a longer wavelength. In strong turbulent atmosphere, the far-field beam quality degrades into the incoherent combining case without any relationship with the fill factor and laser wavelength.     

高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值.     

环形孔径高斯光束的远场特性

 讨论了环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布,并给出了拟合表达式。首先推导了光束没有抖动时远场光斑的光能分布表达式,然后研究了各种不同中心遮拦和不同光束截断比, 在有以及没有激光束抖动的情况下,对高斯光束的远场环围能量的分布变化的影响。     

大口径连续相位板远场光强的离线测试实验

为了准确测试和评价大口径连续相位板（CPP）元件的远场光强性能,根据激光装置需求建立了351 nm波长下大口径CPP远场光强离线测试系统,开展了330 mm330 mm口径CPP元件测试实验,并与标量衍射计算结果进行对比,分析了系统的测试重复性和测试精度。实测系统远场弥散斑大小为2.9倍衍射极限,可测试最大口径为圆形f600 mm和方形430 mm430 mm。测试系统在焦点2 mm范围内的能量集中度测试重复性优于0.2 %。计算和实验焦斑形貌及分布吻合,实测能量集中度比计算结果小0.85%、焦斑半径大13 m左右,差异由实测系统的时间匀滑作用引起,可通过缩短曝光时间和减小系统像差等措施进一步提高测试精度。     

高功率光纤激光的时间部分相干性对相干合成的影响

 将多个光纤激光器的输出光束进行相干合成是获得高功率、高光束质量激光的有效途径。利用准部分相干光(PPCB)模型，计算了高功率光纤激光器阵列发出的部分相干光在远场的能量分布，分析了激光的时间部分相干性对相干合成的影响。计算结果表明，随着单根激光器输出光束线宽的增大，远场光斑的图样基本保持不变，但峰值功率和Strehl比随之减小。对于采用的算例，要保证远场光斑的Strehl比大于0.8，单根光纤激光器的线宽不能超过5 nm。     

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。