空间层叠矩形阵列式角多路解码光路设计

根据角多路技术原理,提出了一种矩形阵列空间层叠形式的解码光路结构和先分组解码再组内解码的两步解码方式,并针对本实验室的高功率准分子激光系统给出了具体的解码光路设计实例。该方法具有解码精度高,设计误差小,与光路准直、激光参数测量系统等兼容性好,便于加工制作和安装调试等优点。     

角多路等间距分立阵列编解码方法

以18束脉宽10 ns的激光光束的编解码为例, 详细介绍了角多路激光束编解码方法的原理和特点。该方法利用等间距分立放置的反射镜支撑阵列和若干反射镜,激光束采用小角度入射和反射方式,通过激光束在反射镜之间的反射实现编解码, 编解码系统整体结构简洁紧凑, 使用阵列较少, 占用空间小,具有较强的扩展性,能适应不同编解码宽度要求, 同一组阵列既可用于编码也可用于解码。     

天光一号MOPA光学角多路系统的研制

光学角多路系统是主振功放(MOPA)装置的重要组成部分。它不仅连接着主振荡器、预放大器及主放大器三个KrF激光系统,而且起着压缩激光脉宽的作用。光学角多路能使主振激光脉冲在能量上得到足够的放大,并使泵浦预放、主放激光腔的电子束能量及其脉宽得到充分的利用。介绍了天光一号装置上MOPA光学角多路系统的结构,并结合多年来运行的实践,提出了若干优化措施。     

天光一号MOPA光学角多路系统的研制

 光学角多路系统是主振功放(MOPA)装置的重要组成部分。它不仅连接着主振荡器、预放大器及主放大器三个KrF激光系统，而且起着压缩激光脉宽的作用。光学角多路能使主振激光脉冲在能量上得到足够的放大，并使泵浦预放、主放激光腔的电子束能量及其脉宽得到充分的利用。介绍了天光一号装置上MOPA光学角多路系统的结构,并结合多年来运行的实践，提出了若干优化措施。     

高功率准分子激光系统光学设计

 回顾并介绍了高功率准分子激光系统设计中需要综合考虑的两项主要技术——像传递技术和角多路技术。讨论了照明方式和激光振荡源的光束整形在激光系统成像光路设计中的重要作用,对多路放大技术及角多路放大技术形式进行了系统分析。多路激光非相干合束是角多路技术和成像技术对高功率准分子激光系统光学设计提出的特殊要求,在简要分析了透射阵列和反射式望远物镜两种实现多路激光合束的打靶光学系统基础上,提出了一种利用反射式打靶光学系统和一套光学延迟线阵列来同时实现角多路编码和解码的新型光路布局,给出了初步设计方案。     

高功率准分子激光系统光学设计

回顾并介绍了高功率准分子激光系统设计中需要综合考虑的两项主要技术——像传递技术和角多路技术。讨论了照明方式和激光振荡源的光束整形在激光系统成像光路设计中的重要作用,对多路放大技术及角多路放大技术形式进行了系统分析。多路激光非相干合束是角多路技术和成像技术对高功率准分子激光系统光学设计提出的特殊要求,在简要分析了透射阵列和反射式望远物镜两种实现多路激光合束的打靶光学系统基础上,提出了一种利用反射式打靶光学系统和一套光学延迟线阵列来同时实现角多路编码和解码的新型光路布局,给出了初步设计方案。     

“天光一号”平滑化角多路系统的建立

采用诱导空间非相干（FEISI）的平滑方法结合传递傅里叶面的技术,建立了一套平滑化六束角多路系统。该系统输出总能量158 J,能量稳定度约4％,输出脉冲宽度25 ns,靶面有效焦斑直径400 μm,焦斑均匀性1.6％,激光功率密度3.7×1012 W/cm2。     

“天光一号”平滑化角多路系统的建立

 采用诱导空间非相干（FEISI）的平滑方法结合传递傅里叶面的技术，建立了一套平滑化六束角多路系统。该系统输出总能量158 J，能量稳定度约4％，输出脉冲宽度25 ns，靶面有效焦斑直径400 μm，焦斑均匀性1.6％，激光功率密度3.7×10¹² W/cm²。     

多路超导接收系统用矩形静态真空室设计

介绍设计了一种供多路超导滤波器正常工作的矩形静态真空室。通过对真空室材料选择、壁厚计算,设计完成矩形真空室焊接、密封结构;设计制定了合理的真空室加工、材料烘烤除气、防辐射热工艺;通过试验固化了馈线接头激光密封焊接参数。将制造完成的矩形静态真空室进行漏率检测及实际应用,该矩形静态真空室完全满足多路超导接收系统全扇区滤波的应用要求。     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3 ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3 ns是比较合适的脉冲间隔。     

高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81μrad,满足系统实验要求。     

高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81μrad,满足系统实验要求。     

高功率准分子激光系统光束指向稳定性模拟

根据高功率准分子激光主振荡器功率放大系统像传递结构特点,利用LABVIEW与MATLAB相结合设计了靶面光斑重心的稳定性模拟仿真及分析软件。对光学元件稳定性测量结果和光学元件误差分配结果进行模拟仿真和验证,经过多次再分配实现了系统误差分配的最优化。数据表明,现有实验室条件下,靶面光斑重心稳定性尚不能满足要求;在保持低稳定性指标要求光学元件一定裕量前提下,高稳定性要求光学元件的最优化分配指标为1.7 μrad;实验室现有光学元件在工作条件下能够满足该优化分配指标,在一定程度上减小了对光学元件的结构要求。     

高功率准分子激光系统光束指向稳定性模拟

 根据高功率准分子激光主振荡器功率放大系统像传递结构特点,利用LABVIEW与MATLAB相结合设计了靶面光斑重心的稳定性模拟仿真及分析软件。对光学元件稳定性测量结果和光学元件误差分配结果进行模拟仿真和验证,经过多次再分配实现了系统误差分配的最优化。数据表明,现有实验室条件下,靶面光斑重心稳定性尚不能满足要求;在保持低稳定性指标要求光学元件一定裕量前提下,高稳定性要求光学元件的最优化分配指标为1.7 μrad;实验室现有光学元件在工作条件下能够满足该优化分配指标,在一定程度上减小了对光学元件的结构要求。     

用于高能激光系统的共孔径光学装置设计

高能激光系统的主要工作方式是利用其精跟踪模块将发射激光传输聚焦至闭环跟踪条件下的目标上,使之受到毁伤或失效。为实现该工作方式,本文研究设计了一套共孔径光学收发装置。该装置的发射系统主要由离轴两反式主望远镜模块、伽利略透射式调焦望远镜模块和光束馈送模块共同组成二级扩束系统,接收系统主要由离轴两反式主望远镜模块、精跟踪成像模块和光束馈送模块共同组成长焦距光学系统,其中光束馈送模块由二向色镜、快速反射镜等光学元件组成。以非相干空间合束的基模高斯光作为激光光源,利用光学设计软件对该装置进行了优化设计。对于发射系统,获得了激光经过调焦望远镜模块不同的调焦量调制后,传输至0.5~5 km处的光斑分布情况,且激光波前像差RMS值均优于λ/20;对于接收系统,由各模块一同构成的成像光学系统的性能经优化后接近衍射极限,其中系统传递函数在70 lp/mm时大于0.6,最后通过样机实验也验证了设计的正确性。本文的设计和实验结果证实了该共孔径光学收发装置结构合理,性能可靠,满足高能激光系统的工程应用需求。     

高功率激光系统中近场滤波设计与理论模拟

基于经典耦合波理论,分析了透射型体Bragg光栅的衍射特性,建立了透射型体Bragg光栅的设计体系。采用带有调制的超高斯光束,对高功率激光系统的近场滤波进行了理论模拟,采用软化因子、近场调制度、近场对比度分析了输出光束的近场质量,采用功率谱密度函数分析了近场滤波对不同空间频率的滤除能力。研究结果表明,近场滤波对0.3~2.0 mm-1的中、高频调制具有显著的滤除作用。     

高功率激光系统中近场滤波设计与理论模拟

基于经典耦合波理论,分析了透射型体Bragg光栅的衍射特性,建立了透射型体Bragg光栅的设计体系。采用带有调制的超高斯光束,对高功率激光系统的近场滤波进行了理论模拟,采用软化因子、近场调制度、近场对比度分析了输出光束的近场质量,采用功率谱密度函数分析了近场滤波对不同空间频率的滤除能力。研究结果表明,近场滤波对0.3～2.0mm-1的中、高频调制具有显著的滤除作用。