球壳激光窗口附加相移的分析和计算

分析了球壳激光窗口附加相移产生的原因 :窗口本身光路长度不等、窗口材料的热和弹光效应引起的折射率和应变分布不均。用差分法计算了光波阵面附加相移的分布 ,结果表明 ,窗口参数的选择对光束位相分布影响较大。考虑热和弹光效应 ,依据远场光斑中心峰值的大小 ,得到较佳的窗口参数 ,减小了附加相移对光束质量的影响。     

激光窗口形状对应力和光束位相影响的数值计算

 计算对流冷却下500kW DF激光器CaF₂输出窗口的温升,得到了平板形和球壳形输出窗口的应力分布和光束的位相分布;分析了窗口形状对应力和位相分布的影响。     

激光窗口热透镜效应对光束质量的影响

 分析了高功率激光通过窗口时，引起的窗口热透镜效应及其对激光光束质量的影响。用冲量定理方法，推导了二维热传导方程的广义傅里叶级数解，然后按照平面热应力问题，运用有限元方法数值计算热变形。考虑热变形、折射率随温度变化，忽略光弹性效应，解出出光面的波前相差分布，讨论了远场光束质量。以空心环形光束为例，计算了熔融石英(SiO₂)和白宝石(Al₂O₃)两种常用窗口的温升分布、热变形、波前相差和光束质量，分析了冷却、辐照时间、光强分布的空间梯度和各种材料参数对光束质量的影响。     

片状热容激光器热效应有限元分析

 基于激光介质的非均匀内热源模型，利用有限元数值方法，模拟计算了热容模式下高功率激光二极管阵列(LDA) 重复脉冲泵浦片状激光介质的瞬态温度分布和热应力分布及其波前畸变和应力双折射。结果表明:热容模式下，当增益介质不能够被全口径泵浦时，也会出现严重的热效应，介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中，介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随泵浦光斑尺寸缩小而增大；而当全口径泵浦时，介质表面热形变大大减弱，较小的拉应力存在于介质内部，而且泵浦光斑和介质的几何形状对热分布有很大影响。结果还表明，介质片表面变形和热光效应是产生波前畸变的主要原因，而热应力双折射产生的附加相移与激光介质的切割方向有关，它对光束产生较大的退偏作用，从而影响激光器的输出性能。理论模型得到了实验结果的验证。     

高平均功率电光开关晶体热畸变分析

 深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为,讨论了光强分布对热效应的影响。以KDP晶体为例,分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏。结果表明,光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的。相对于光强均匀分布的激光束,高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度,产生的热应力较小,因此可以减弱热退偏效应;另一方面,在光束口径范围内,高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性,因而波前畸变会大一些。     

重频应用下等离子体电光开关热退偏损耗分析

 基于有限元数值方法,给出电光晶体KDP在高平均功率激光负载下温度场分布和应力场分布。在此基础上得到了折射率随温度变化、电光系数随温度变化、及应力双折射引入的退偏损耗。数值模拟显示：电光系数随温度变化和应力双折射是引起开关退偏损耗的主要因素。当入射激光平均功率为40 W、辐照时间为420 s时,KDP晶体最高温度为38.43 ℃,电光系数随温度变化及应力双折射引入的最大退偏损耗分别为2.38%和4.04%。实验测量了应力双折射导致的退偏损耗,实验结果和理论结果符合较好。     

用于ICF的新型单色退偏器

 设计了一种三元结构的双折射型退偏器,将两个这样的退偏器组合使用（两退偏器光轴成45°）对单色线偏光进行退偏,无论是用洛匈棱镜和红外感光卡对退偏效果进行观察,还是用偏振分析仪对退偏光束进行偏振分析,所得的结果表明退偏效果很好,且退偏效果对入射线偏光的偏振方向不敏感。     

相移光栅磁场传感方案交叉敏感分析

通过相移光栅的偏振相关损耗(PDL)进行磁场测量是一种较为新颖的磁场测量方法,可用于对脉冲交变强磁场的测量。交叉敏感问题是光纤光栅传感中的关键问题。忽略光栅固有双折射,利用传输矩阵法对磁场传感原理进行了推导与仿真,理论分析了温度、轴向应力和压力等对相移光栅透射窗口的影响,并对相应的PDL峰值变化进行了数值仿真。理论和实验表明,透射窗口峰值的波长随温度和轴向应力呈线性变化,PDL谱线发生横向平移,磁场传感系统不受影响。压力的变化改变了光栅的折射率分布,产生应力双折射,PDL谱线发生不规则变化,对磁场测量结果产生严重影响。     

激光二极管抽运氦气冷却钕玻璃叠片激光放大器热致波前畸变和应力双折射的数值模拟和实验研究

热效应仍是限制激光放大器向高功率、高光束质量进一步发展的瓶颈问题, 高效的热管理是抑制热效应的重要技术途径. 研究了基于激光二极管抽运氦气冷却的钕玻璃叠片激光放大器的热效应. 利用有限元数值模拟的方法, 分析了钕玻璃的温度、应力应变和应力双折射分布, 并计算了热致波前畸变和退偏损耗, 与实验结果符合得较好, 在热沉积为0.7 W/cm³的条件下, 6片钕玻璃总的热致波前畸变为6.77λ , 最大退偏量大于90%.     

转动窗口在高能激光器中的应用

 为满足高能激光从谐振腔真空室到大气环境的输出要求,减小窗口热变形对输出激光束性能的影响,提出了一种通过旋转固体窗口降低其受辐照功率密度的解决方案。该方案通过大力矩空心直流电机带动固体窗口匀速转动,并采用高精度动密封圈隔离真空和大气,使得强激光对CaF2窗口的辐照均匀化,从而大大减小CaF₂窗口的温度梯度和应力,极大改善了输出光束性能,并有效避免了长时间出光时CaF₂窗口炸裂现象的发生。研究结果表明：该方案具有体积小、重量轻、结构紧凑、使用方便和性能可靠等优点,可有效改善激光器输出光束质量,使高能激光长时间输出成为可能。     

环形分布激光束引起光学窗口镜热变形理论分析

 用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形，推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解，以此计算结果与实验值相比较，分析了白宝石、石英两种窗口镜在激光辐照下的热变形情况。分析结果表明，在激光束辐照的4s时段内，温升场主要集中在激光束辐照的环形区内，在镜面内远未拉平，由此引起的厚度方向热膨胀变形也很不均匀。材料对激光的吸收系数和热膨胀系数以及热扩散率分别是决定热变形量值大小和空间分布的最主要的物性参数。     

Behavior of the Water-Cooled Polycrystalline Diamond Plate at Extreme Densities of Laser Radiation

Resistance of a water-cooled polycrystalline diamond window is experimentally studied in the beam of the 10-kW fiber laser. The irradiated zones are 4 and 0.4 mm in diameter. It is shown that the transmitted beam is not distorted when the power density increases to 7 MW cm^?2. It is found out that the temperature difference of a few hundreds of degrees between the center of the diamond window and its water-cooled edge does not deteriorate the distribution quality of the laser beam transmitted through the window, which allows the arising thermal lens to be corrected.     

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。     

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。     

高功率隔离器单模与多模工作退偏特性

以传统结构隔离器为模型,应用琼斯理论,比较分析了单模与多模激光入射时高功率隔离器热致退偏特性。研究结果表明:高功率隔离器热致退偏可分为线性双折射致退偏与圆双折射致退偏;两种退偏均与入射激光功率的平方成正比;在光功率一定的条件下,线性双折射致退偏不随光斑半径的变化而变化,圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小;在其它条件相同的条件下,多模光场能够有效地降低隔离器热致退偏,多模时线性双折射致退偏仅为单模时退偏的60%,圆双折射致退偏也比单模时要小,减小幅度随光斑半径的增加而增加。