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。     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

非傍轴双曲余弦-高斯脉冲电磁光束远场特性

利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出了非傍轴部分空间相干部分光谱相干双曲余弦-高斯(ChG)脉冲电磁光束在自由空间传输时交叉谱密度矩阵的远场解析公式,并用来表示脉冲电磁光束的光谱密度(光强)和偏振度。结果表明,对非傍轴远场部分空间相干部分光谱相干ChG脉冲电磁光束,其非傍轴性主要由参数f, f决定,而离心参数、脉冲宽度和时间相干长度影响其非傍轴行为。非傍轴部分空间相干部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的远场传输可作为特例处理。     

激光阵列部分相干合成的光束质量

由于单束激光部分相干性和相位控制系统带宽性能的限制,大功率激光阵列的相干合成一般只能取得部分相干合成的效果。对存在相位控制残差情形下部分相干合成光束在真空中的传输特性进行分析,推导激光阵列在远场光强的解析表达式。对单束激光的相干性以及相位控制残差对合成光束质量的影响进行了定量计算。     

高功率光纤激光部分相干合成的可行性及效果分析

提出部分相干合成的概念,论证了谱线宽度和偏振特性并不是影响高功率光纤激光部分相干合成的瓶颈.与完全相干合成的理想情形相比,随着光束线宽的增大,部分相干合成光束的远场光斑图样基本保持不变,但峰值强度和斯特尔(Strehl)比随之减小,光斑能量越来越分散.利用数值计算的方法对部分相干合成与非相干合成光束的远场效果进行了比较分析.计算结果表明,尽管线宽的存在降低了部分相干合成的效果,但与非相干合成相比,部分相干合成的光束仍具有较大优势.     

多光束激光远场干涉实验研究

设计了多组多孔径光阑,将激光扩束后通过自制的多孔径光阑,获得多光束相干激光光源.基于多光束干涉理论,通过改变不同的光阑,得到多组点状阵列分布的远场干涉图样,结果表明远场中心主瓣具有随着占空比减小能量降低、旁瓣增多的分布规律.实验结果表明,相干源呈正三角形分布时能量集中度较好.对高功率激光相干合成具有一定的参考意义.     

超短脉冲通过拼接光栅的远场分析

 从惠更斯-菲涅耳原理出发，得到了含有色差项的1/4圆光束在焦平面上的光场积分表达式（对于光束口径），以及具有不同相位延迟的4束1/4圆光束相干叠加后的光场表达式，并建立了该相干叠加场的远场的数学模型，并对光束口径为10 cm，焦距为200 cm，脉宽1 ps的实例进行了模拟，得到了单光束、4个子光束间无相差和存在相位差三种情况下的远场强度分布图。结果表明，单束1/4圆光束的远场不再中心对称，而是轴对称；当子光束间存在π相位差时远场将出现明显的焦斑分裂，因此光栅拼接应将束间相差控制在远小于π的水平上。     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。     

多光束激光干涉光刻图样

利用电磁理论,研究了多光束激光干涉图样的产生原理,结合计算机数值模拟和相关实验结果,分析了干涉图样的影响因素.研究结果表明:多光束激光干涉图样可以看成是多组余弦分布的平行线条纹的叠加;相干光束的偏振方向、入射方向、光束间相位差是干涉图样的重要影响因素,改变这些因素,余弦分布的平行线条纹的振幅、位置、周期和方向发生变化,...     

利用激光感应瞬态光栅技术测量超短激光脉冲宽度

描述了利用激光感应瞬态光栅技术测量超短脉冲激光的脉冲宽度和相干时间的方法，来自同一光源的两束激光在非线性介质中相干形成积分光栅，测量光栅自衍射强度与两束光脉冲之间的延迟时间关系，利用相干光束的四阶相干函数关系，可以求出光源的脉冲宽度和相干时间。     

Coherent beam combination of broad-area laser diode array using off-axis external cavity with double feedback

In this letter, we demonstrate coherent beam combination of laser diode array using the external Talbot cavity with double feedback. The double feedback elements consist of grating and high-reflection plane mirror. Compared with single high-reflection plane mirror feedback, the external Talbot cavity with double feedback reduce the number of interference strips in the far-field pattern and narrow spectral line-width of the laser diode array. The results indicate that the application of the external Talbot cavity with double feedback produces a clear far-field interference pattern. In addition, line-width is reduced to 0.15 nm full-width at half-maximum (FWHM).     

Longitudinal pure spatial coherence of a light field with wide frequency and angular spectra

We have observed the longitudinal pure spatial coherence of a light field in an interference experiment when the length of the temporal coherence is significantly smaller than the length of the longitudinal spatial coherence of the light field. We introduce into consideration new spatial and temporal scales of a light field: the length of the coherent (free) run and the coherent time (the time of life) of a wave train.     

相干模表示的部分相干高斯-谢尔光束的相位-空间积

与传统的相干激光光束的评价不同,对部分相干光束质量进行评价时,不仅要反映其远场发散特性,而且还要能体现光源本身的部分相干性。根据部分相干光的相干模表示法,推导了由部分相干光源所产生光束的相位一空间积Q。与前人在相干光源情形下得到的结论相比,得出的相位一空简积Q不仅包含各个全相干模基元线性组合的贡献,而且还有来自不同的全相干模基元之间相互作用的贡献。     

Coherent combination of two ytterbium fiber amplifier based on an active segmented mirror

To control the phase noise of two ytterbium fiber amplifiers, a coherent combination system based on an active segmented mirror (ASM) has been established in our laboratory. The ASM is controlled by a feed back control loop on the basis of a Peak Rate (PR) algorithm which is realized on a DSP + FPGA hardware control board. Experimental results indicate that when the control loop is off, the far-field interference pattern is blurred and dynamic, while when it is on, the far-field beams interference pattern achieves clear and stable. At two different output powers, the contrasts of the interference stripes are improved from 7% to 19% and 8% to 28% respectively.     

四个部分相干点源的完全相消干涉特性

使用部分相干光的干涉定律,对部分相干光照明呈正方形对称四孔干涉仪的干涉场做了研究.结果表明,一定条件下,可出现完全相消干涉,并存在光强和光谱相干度的相位奇点.与二个、三个部分相干点源的干涉做了比较.对所得结果物理上可解释为：虽然四个点源是部分相干的,但从两个点源出射场之和与从另外两个点源出射场之和却可能是完全相关的. 关键词： 相关奇点光学 完全相消干涉 部分相干光 刃型位错线     

Diffractive optical elements with a double identical microstructure for determination of statistical parameters of random phase objects

Physical processes of interference pattern formation in partially coherent and coherent optical systems containing special diffractive optical elements with a double identical microstructure are studied in the case when a thin scattering object is present in the optical system. Methods for determining the spatial coherence function of the light field, the autocorrelation function of transmission of random phase screens, and the statistical parameters of the screens are considered.     

Performance study of microwave photonic phase shifter based on vector-sum technique

An integrated microwave photonic phase shifter based on vector-sum technique in silicon on insulator was verified and designed. The principle of phase-shift was demonstrated and the components were designed in detail. The interference was taken into account in the design and 0.3 nm line-width of a light source was required to make the coherent interference smallest even to be neglected. Owing to the compact size and excellent characteristics of integration, the proposed component has a promising utilization in optical communication and optical phased-array radar.     

普通光源的时空相干度分析

在分析光源的非单色性和宽度对干涉条纹可见度影响的基础上,推导出普通光源的时空相干度计算公式,并定义了相干线域、相干面域和相干体域等概念.