无源虚共焦非稳腔光束特性模拟

 采用FFT方法,详细研究了无源圆形球面虚共焦非稳腔的光束特性,给出了三维稳态模型。考虑腔镜倾斜效应和变反射率输出耦合镜导致的光束质量和输出功率变化等问题。讨论了在中等放大率和大Fresnel数模式下的近场光束特性和远场光束质量。     

短波长激光在柱面条状虚共焦非稳腔中的传输

 用数值迭代方法求解了柱面条状虚共焦非稳腔的积分方程组。对相同及不同的菲涅耳数N-F和不同的放大率m等情况进行了数值计算。结果表明,在所取的N-F范围内近场光场强度的空间分布偏离均匀分布,但相位近似为均匀分布。其中小N-F和大m时不仅近场分布较为理想,而且远场强度的角分布接近衍射极限。     

COIL简化模型计算

 采用简化动力学、增益模型，分析了常规虚共焦非稳腔和含屋脊镜折叠非稳腔这两种腔型在COIL中的应用，计算表明，折叠腔在改善COIL近场光强分布均匀性和提高近场输出功率方面明显优于常规腔。     

圆形球面虚共焦非稳腔的三维数值研究

 通过对1/2共焦腔和稳定腔的计算,考查了同三维菲涅耳积分方程相应的C 8程序的可靠性。对激光在三维圆形球面虚共焦非稳腔中的传输作了计算和分析。取相同的远场传输距离且放大率由大变小时，强度分布由近场的投影分布逐渐趋于远场的高斯、超高斯分布。     

球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器

为了将虚共焦非稳腔输出光束质量高和角锥棱镜谐振腔具有免调试的优点结合到一起,提出了用球面角锥棱镜构成虚共焦非稳腔的方案。利用已有虚共焦非稳腔钕玻璃激光器,设计加工了一球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器。模拟计算了两谐振腔输出光束的模式分布,然后对两钕玻璃激光器进行了实验对比研究。结果表明:实验得到的模式分布与模拟计算结果相吻合,球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器与虚共焦非稳腔钕玻璃激光器分别获得了最大2176.9J和2340.6J的能量输出,二者的电光效率与束散基本相同,分别为4.3%,0.30mrad和4.6%,0.26mrad。     

非稳腔傍轴波动方程高斯球面波修正方法的数值研究

在分析用差分方法求解虚共焦非稳腔三维傍轴波动方程,及用数值积分方法与快速付氏变换(FFT)方法求解三维菲涅耳积分方程优缺点的基础上,从激光束在虚共焦非稳腔中以修正高斯球面波形式传输的特征出发,经坐标变换把发散(或会聚)的光束拉直成平行光束,然后用FFT方法求解了在新坐标系中修正函数满足的傍轴波动方程.把相同条件下得到的结果与国内外文献给出的结果进行了比较;计算COIL实验非稳腔给出的近远场结果图象合理正确.     

激光辐照下非稳腔镜变形对激光模式的影响

 分析了正支虚共焦非稳腔中腔镜变形对激光模式的影响,采用时间离散化、快速傅里叶变换（FFT）和有限元分析(FEA)方法解决腔镜变形和激光模式两者之间的耦合问题。计算结果表明,随着激光器工作时间的增加,腔镜温升和变形相应增大,谐振腔模式变差,输出光场相位均匀性变差,呈现散焦现象,输出光束质量下降。实验验证了激光器输出光束质量随出光时间的延长而逐渐变坏。     

强激光腔镜温升对腔几何参数和远场光强的影响

 利用交替方向隐式有限差分法分析了高能激光器虚共焦非稳腔反射镜的温度场及热变形的数值计算方法。以单晶硅为例,计算了反射镜由于吸收激光能量而形成的温度场分布以及由此引起的热变形对谐振腔几何结构参数的影响,并在此基础上数值模拟了热畸变情况下正支虚共焦非稳腔的远场光强分布。计算结果表明:在激光束辐照的开始阶段,温升场主要集中在激光束辐照的中心区域内,在整个镜面上远未拉平,由此引起的厚度方向温升分布也是如此,很不均匀。     

圆形高斯镜平凹腔腔镜倾斜时光场模式分析

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了谐振腔在理想情况和高斯反射率平面输出镜倾斜情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明,腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移,而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变,不再是对称的拉盖尔-高斯基模分布。基模本征值随倾斜角增大而变小,光束远场分布变差。减小高斯分布反射率的膜斑半径,则能减弱因倾斜引起的模式畸变。     

光学非稳腔的新进展

介绍了几种能替代常规共焦非稳腔的大模体积非稳腔,分析了这类新型非稳腔在提高高功率激光器光束质量方面的技术途径和方法,并评述了其有价值的应用前景。     

钛宝石激光器中用优化Gires-Tournois镜产生15 fs脉冲

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求,介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程,并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires—Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散,并与设计值进行了比较,分析了实测值产生偏差的原因,从而对镀膜参量进行了相应的调整,制造了第二批优化Gires—Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires—Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内,单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜,补偿了激光器腔内色散,实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验,获得32fs的脉冲和46nin的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验,获得了15fs的超短脉冲和91nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点,为国内啁啾镜的研制创造了条件。     

场共轭数值模拟研究

给出了一种考虑光源的强度分布后用两个变形镜头实现场共轭的算法,并对高斯光束进行了数值模拟,结果表明这种算法是有效的。变形镜平滑的表面可以剔除相位局部跳变,明显改善光强分布。对高斯光束,发射面相位面形状十分简单,易于用变形镜构造。本文还讨论了两变形镜之间距离的影响,最后指出如何改进现有算法。     

多模短波长激光在圆形球面腔中的传输

用数值积分方法求解了在圆柱坐标中的横向多模菲涅尔(Fresnel)积分方程.在初始复数光场振幅取均匀分布和随机分布的条件下对圆形球面共焦腔、稳定腔和平面腔的TEM_n0模进行了计算分析.计算结果表明,球面腔单一模的数值结果同解析解的结果符合较好,多种模同时存在时的结果不仅符合多模空间分布特性而且其基模是主要的.     

傅里叶变换红外光谱仪干涉仪系统的设计

设计了一种基于立体角镜与固定平面镜组合的干涉仪系统,以解决传统傅里叶变换红外光谱仪中干涉仪系统由于动镜的倾斜与横移影响光谱质量的问题。系统包含一对立体角镜,两面相互垂直的固定平面镜,以及分束器。通过对立体角镜的倾斜与横移、立体角镜垂直度误差以及两固定平面镜的倾斜与垂直度误差对干涉信号初相位与调制度的影响进行分析,表明立体角镜的倾斜与横移、固定平面镜的垂直度误差等因素不会影响干涉信号的初相位与调制度;通过对干涉仪进行实际测试表明,仪器具有结构简单紧凑、密封性好、分辨率高以及抗震性强等优点。     

用Kramers-Kronig关系求出反射镜的相位色散

光学元件相位色散在超短光脉冲的产生和传播中起着重要的作用,本文提出运用Kramers-Kronig关系,从反射谱直接求出反射镜的相位色散.文中对此法作了分析并以多层介质膜和铝膜反射镜为例子进行了讨论.     

相位差波前检测方法应用于平移误差检测的实验研究

相位差波前检测方法由于其结构简单,对环境要求低,测量精度较高等优点,被应用于诸多领域.本文针对拼接型天文望远镜中主镜的共相位检测问题,对相位差波前检测方法在拼接主镜各子镜间平移误差测量进行理论分析,并搭建了实验光路.实验结果表明:相位差波前检测方法对拼接镜平移误差的测量精度高于λ/20(λ为波长),满足系统对拼接平移误差的要求.     

温度变化对金属Ag膜反射镜偏振特性的影响研究

空间遥感应用中的光学有效载荷对系统偏振控制提出了越来越高的要求,作为常用的宽光谱反射镜,金属银(Ag)膜反射镜的偏振特性随着环境温度的改变而变化。本文设计并制备了低偏振灵敏度的Ag膜反射镜,研究了反射镜在45°和60°入射角下,从室温25℃升温到150℃时的偏振特性变化和反射光谱变化情况。随着温度的升高,Ag膜的折射率在350~1 200 nm波长范围内有所增加;Ag膜反射镜的反射光中s和p光的相位差Δ在350~600 nm波长范围内减小,在600~650 nm波长范围内基本稳定,在650~1 200 nm波长范围内增大。温度上升到125℃时,Ag膜和反射镜表面形貌发生改变,增加了表面散射和吸收,导致350~900 nm波段反射率降低,在波长350 nm附近的降低约25%。     

低相干光源干涉系统在大口径拼接子镜间相位误差检测上的应用

针对大口径望远镜拼接式主镜,提出一种基于迈克耳孙干涉原理的低相干光源干涉检测系统.应用该系统对拼接子镜间相位失调误差进行实时检测.进而对失调子镜进行相应校正,以实现拼接子镜的共面排布.给出了低相干光源干涉检测系统的具体结构,叙述了干涉检测系统的检测原理,提出应用双中心波长组合低相干光源进行拼接子镜间相位误差检测,分析了系统最低信噪比.结果表明,双中心波长组合低相干光源系统,可以提高低相干光源下涉中心条纹的信号分辨能力.借以提高检测精度.使得低相干光源干涉测量系统对拼接子镜间的相位失调误差进行高精度提取.     

双变形镜自适应光学系统像差解耦研究

对由大行程变形镜和高空间频率变形镜组成的双变形镜自适应光学系统中的像差解耦原理和限定像差校正算法做了理论分析。认为在高空间频率变形镜的斜率响应矩阵中加入限定像差向量,根据直接斜率法分别计算出两个变形镜的控制电压,可以实现两个变形镜分别对低阶像差和高阶像差的闭环校正。仿真研究了19单元变形镜和61单元变形镜组成的双变形镜自适应光学系统对低阶像差和高阶像差分别校正的情况,结果说明双变形镜自适应光学系统的校正效果与理想行程的单变形镜自适应光学系统的校正效果相当,避免了制作同时具有大行程和高空间频率两个特征的变形镜。     

COIL用变形反射镜介质反射膜

 报道COIL激光用变形反射镜的介质反射多层膜实验。在真空镀膜机内制备了膜系Sub/Ag(SiO₂/HfO₂)⁴/air和Sub/Ag(YbF₃/ZnS)³/air, 反射率分别为99.90%和99.87%。在经历109次循环后变形镜物理特性无变化。研究了COIL激光辐射下热畸变和损伤特性。分别在功率密度为1.52kW/cm²和1.18kW/cm²的COIL激光辐照下,这两种膜系的变形镜波前变化为0.37l 和0.54l 。因此对于变形镜1kW/cm²激光功率密度是安全可靠的。