一维激光阵列相干合束远场特性的研究

利用傅里叶光学方法,获得了相干合束远场光强的解析表达式,数值模拟和实验研究了一维锁相二极管激光阵列的相干合束远场特性。研究表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐;同相模的光能集中在更小的立体角内,使得相干合束的亮度增加;异相模的光束能量较为分散,其峰值光强有所降低。系统抖动引起远场峰值光强的降低,破坏了远场的对称性和光束质量。相干合束发光单元数目越多,系统抖动对远场的影响便可以忽略。     

激光相干合成中单元的相位和振幅波动对合成光束远场分布的影响

运用傅里叶光学分析法推导出系统抖动造成单个光源的相位和振幅发生波动时的远场光强表达式,以1维阵列为例分析了系统抖动对远场的影响。研究表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐,能量更集中;系统抖动引起了远场峰值光强的减少,出现了本底现象,破坏了远场的对称性和光束质量;激光阵列单个光源的相位随机抖动应该控制在3/8范围内;相干合束发光单元数目越多,系统抖动对远场的影响越小。     

激光相干合成中单元的相位和振幅波动对合成光束远场分布的影响

运用傅里叶光学分析法推导出系统抖动造成单个光源的相位和振幅发生波动时的远场光强表达式,以1维阵列为例分析了系统抖动对远场的影响。研究表明：随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐,能量更集中;系统抖动引起了远场峰值光强的减少,出现了本底现象,破坏了远场的对称性和光束质量;激光阵列单个光源的相位随机抖动应该控制在3/8范围内;相干合束发光单元数目越多,系统抖动对远场的影响越小。     

激光相干合成中单元的相位和振幅波动对合成光束远场分布的影响

运用傅里叶光学分析法推导出系统抖动造成单个光源的相位和振幅发生波动时的远场光强表达式,以1维阵列为例分析了系统抖动对远场的影响.研究表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐,能量更集中;系统抖动引起了远场峰值光强的减少.出现了本底现象,破坏了远场的对称性和光束质量;激光阵列单个光源的相位随机抖动应该控制在3 π/8范围内;相干合束发光单元数目越多,系统抖动对远场的影响越小.     

二维激光阵列逆达曼光栅相干合束理论研究

采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合成为远场单一主瓣光束是一种实现高功率和高亮度相干合束的技术方案.以5×5和32×32二维相干激光阵列为例进行了理论模拟分析,同时分析了逆达曼光栅相干合束实验中相位板相位误差、逆达曼光栅对准误差和放置角度误差对合束效率的影响.理论分析及数值模拟计算结果表明,逆达曼光栅...     

多光束合成场远场特征的傅里叶分析

由傅里叶光学原理给出了多光束合成场的远场表达式,在此基础上求出了分布在园环上的相干光源合束后的远场解析式。对光源按角度均匀分布在环上的情况,重点讨论了光源数目为2,3,4情况下远场光强暗环(线)。研究表明,在光源数目为2的情况下,远场图上只有暗线没有暗环;在光源数目为3,4的情况下,远场图上的暗环并非圆形环。由于傅里叶方法运算简单,而且还可用于激光器输出并非严格高斯光束(如光纤激光器、半导体激光器)等情况,因而对分析相干合束有其独特优势和实际意义。     

部分相干Airy光束及其传输的研究

利用高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式和惠更斯衍射积分, 得到了部分相干Airy光束的表达式. 对不同相干度的部分相干Airy光束的无衍射和横向加速偏移的性质进行了理论分析并予以实验验证, 结果一致表明部分相干Airy光束也具有无衍射和横向加速度的特性, 而且相干度越低, 部分相干Airy光束的无衍射距离越短, 横向加速度越小. 关键词： 傅里叶光学 全息 部分相干 艾里光束     

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。     

自聚焦透镜的三维相干成像特性分析

运用傅里叶光学方法，分析并推导了自聚焦透镜的三维相干成像公式。研究表明，虽然自聚焦透镜中介质折射率是径向渐变折射率分布，不同于薄透镜中的均匀分布，但是由于它的三维相干成像性质却类似于薄透镜，从而使自聚焦透镜可以在成像和光学信息处理系统中有效地代替薄透镜，实现光学系统的微型化。     

光纤激光相干阵列远场光强分布的影响分析

在光纤激光相干组束中,受到各种因素的影响,各个单元激光器出射激光的相位、振幅和偏振态不能保持一致,并随着时间而变化,均会降低相干组束后的光束质量、减弱光束中心的峰值光强和中心区域内的功率.针对光纤激光相干组束中每个单元光束的出射时的相位、振幅和偏振方向扰动对相干组束远场光强分布的影响进行了理论分析,并给出数值计算结果.结果表明远场光强分布的图形、峰值光强度和中心区域内的功率,受到各因素的影响,都会不同程度的变差或减弱.     

Multi-wavelength laser active coherent combination

A seed laser oscillating at different frequencies is proved to have the potential to mitigate the stimulated Brillouin scattering(SBS) effect in a fiber amplifier,which may increase the emission power of a coherent beam combination(CBC) system greatly.In this study,a basic mathematical model describing the multi-wavelength CBC is proposed on the fundamentals of CBC.A useful method for estimating the combination effect and analysing the feasibility and the validity of the multi-wavelength coherent combination is provided.In the numerical analysis,accordant results with four-wavelength four-channel CBC experiments are obtained.Through calculations of some examples with certain spectra,the unanticipated excellent combination effect with a few frequencies involved is explained,and the dependence of the combination effect on the variance of the amplifier chain length and the channel number is clarified.     

全光纤光反馈环形腔结构多路激光被动相干合成

提出了基于全光纤光反馈环形腔结构的多路光纤激光相干合成方案,实现了多路激光的被动相干合成。全光纤结构避免了传统孔径拼接输出结构的旁斑能量耗散问题,保证了合成光束的光束质量。开展了实验研究,实现了4路光纤激光的相干锁相输出,获得时域、空域特性均十分稳定的合成光束,合成效率为96.1%,取得较好的合成效果。     

Coherence vortices of partially coherent beams in the far field

Based on the propagation law of cross-spectral density function, studied in this paper are the coherence vortices of partially coherent, quasi-monochromatic singular beams with Gaussian envelope and Schell-model correlator in the far field, where our main attention is paid to the evolution of far-field coherence vortices into intensity vortices of fully coherent beams. The results show that, although there are usually no zeros of intensity in partially coherent beams with Gaussian envelope and Schell-model correlator, zeros of spectral degree of coherence exist. The coherence vortices of spectral degree of coherence depend on the relative coherence length, mode index and positions of pairs of points. If a point and mode index are kept fixed, the position of coherence vortices changes with the increase of the relative coherence length. For the low coherent case there is a circular phase dislocation. In the coherent limit coherence vortices become intensity vortices of fully coherent Laguerre--Gaussian beams.     

全光纤光反馈环形腔结构多路激光被动相干合成

提出了基于全光纤光反馈环形腔结构的多路光纤激光相干合成方案,实现了多路激光的被动相干合成。全光纤结构避免了传统孔径拼接输出结构的旁斑能量耗散问题,保证了合成光束的光束质量。开展了实验研究,实现了4路光纤激光的相干锁相输出,获得时域、空域特性均十分稳定的合成光束,合成效率为96.1%,取得较好的合成效果。     

Influence of optical nonlinearity on combining efficiency in ultrashort pulse fiber laser coherent combining system

The influence of optical nonlinearity on combining efficiency in ultrashort pulse fiber laser coherent combining system is investigated theoretically and experimentally. In the theoretical work, a new theoretical algorithm is presented for the coherent combining efficiency, which can be used to quantify the spectral coherence decay induced by optical nonlinearity imbalance between the sub-beams. The spectral information of the sub-beam is obtained by numerically solving the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) in this algorithm to ensure an accurate prediction. In the experimental work, the coherent combining of two all-fiber picosecond lasers is achieved, and the influence of imbalanced optical nonlinearity on the combining efficiency is studied, which agrees with the theoretical prediction. This paper reveals the physical mechanism for the influence of optical nonlinearity on the combining efficiency, which is valuable for the coherent combining of ultrashort pulse fiber laser beams.     

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。