4程放大光路自动准直系统研究

激光束光路自动准直系统用于神光 Ⅲ原型装置光束精密准直。针对神光-Ⅲ原型的总体要求和主光路,结合光路自动准直的关键技术,充分考虑了其4程放大主空间滤波器的4个小孔空间分布和光学位置的特点,利用小孔像传递的原理,设计出一套优化、合理的4程放大的光路准直总体方案,并且在多程放大实验平台上得到了充分的验证和考核。     

四程放大自动准直系统数学模型研究

针对高功率激光装置四程放大系统的特点,利用矩阵光学原理,建立了四程放大准直系统的数学模型;基于此模型,设计了四程放大系统的准直调整方案;得出了近、远场偏移量与调整量关系的解析解. 关键词： 激光技术 光束准直 四程放大     

多程放大腔镜准直研究

针对高功率激光装置对多程放大器腔镜准直的要求,利用小孔的像传递和光路自动准直的原理,设计出一套创新的腔镜准直调整方法,并且在SG-Ⅲ原型装置4程放大模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明：自动准直系统能够在15min之内顺利完成主放大级系统的光路调整,光束近场调整精度值小于近场光斑直径的0.5%,光束远场调整精度小于0.3"。     

多程放大腔镜准直研究

 针对高功率激光装置对多程放大器腔镜准直的要求,利用小孔的像传递和光路自动准直的原理,设计出一套创新的腔镜准直调整方法,并且在SG-Ⅲ原型装置4程放大模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明：自动准直系统能够在15min之内顺利完成主放大级系统的光路调整,光束近场调整精度值小于近场光斑直径的0.5%,光束远场调整精度小于0.3"。     

包含波面校正的四程放大系统的准直问题研究

为了解决高功率激光系统中, 尤其是多程放大系统中波前畸变校正和光路准直之间的相互干扰问题, 针对包含自适应光学系统的四程放大系统, 利用菲涅耳衍射积分理论, 建立了310 mm×310 mm大口径光束的四程传输模型, 采用坐标扩展变换的方法解决了传统计算中同时需求近、远场高分辨率带来的计算量过大问题; 基于此模型, 比较了质心法、圆拟合法和纯相位匹配滤波等三种图像处理算法对存在波面差的光束的远场中心的处理精度; 分析了波面校正对焦斑位置的影响; 本文内容为四程放大系统准直调整方案的优化提供了重要依据. 关键词： 光束准直 坐标扩展变换 自适应光学 四程放大     

离轴八程放大器自动准直技术研究

展示了基于离轴八程激光放大器的闭环自动准直技术研究,该项技术旨在用自动准直系统取代手动光路准直的方式,明显提高了该构型复杂的多程激光放大器的运行效率、准直精度与其输出光束质量。该技术利用主激光照明和像传递系统实现离轴八程激光放大器中滤波器小孔空间位置的精确标定,通过边缘检测处理远场光斑得到其指向中心。基于光斑中心与基准间的差值,对特定反射镜架进行二维控制进行光束指向补正,从而实现离轴八程放大器系统的闭环自动准直。研究结果表明,实验结果契合离轴八程放大器系统对光束准直准确率与效率的要求,验证了该准直技术在离轴八程激光放大光路中应用的可行性。     

图像处理在光路自动准直系统中的应用

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中的光束自动调整。图像处理是光路自动准直的关键技术之一。针对神光Ⅲ原型装置,结合阈值化、重心法、中值滤波和圆拟合等多种不同的图像处理方法设计了一套合理的准直方案,并且在模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,光路自动准直系统能够在15min之内顺利完成光路的自动调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3″,满足了原型装置的总体要求。     

神光Ⅱ第九路光路自动准直系统研究

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中。针对神光Ⅱ第九路装置,设计了一套可行的准直方案,并在装置上进行了实验。实验结果表明,自动准直系统能够在15minSq顺利完成光路的自动调整,小口径近场调整准直精度小于±0．5mm,大口径近场调整准直精度小于±1．0mm,远场准直精度小于±1”,满足了装置的设计要求。     

内腔四程放大高功率激光系统寄生振荡

基于小信号增益公式、菲涅耳反射公式和判断内腔四程放大高功率激光系统寄生腔增益与损耗大小,研究了2个光路构型相似,寄生腔构成相近的高功率固体激光装置（装置A和装置B）的系统寄生振荡问题:首先指出了系统中存在可能起振的3个寄生腔,然后分析了3个寄生腔中影响损耗的各个因素,根据装置A上的实验结果,判断在仅通过钕玻璃片检偏的情况下,装置B的第3寄生腔存在产生寄生振荡的可能性,最后采取加入一组偏振片的方法抑制寄生振荡。     

内腔四程放大高功率激光系统寄生振荡

 基于小信号增益公式、菲涅耳反射公式和判断内腔四程放大高功率激光系统寄生腔增益与损耗大小,研究了2个光路构型相似,寄生腔构成相近的高功率固体激光装置（装置A和装置B）的系统寄生振荡问题:首先指出了系统中存在可能起振的3个寄生腔,然后分析了3个寄生腔中影响损耗的各个因素,根据装置A上的实验结果,判断在仅通过钕玻璃片检偏的情况下,装置B的第3寄生腔存在产生寄生振荡的可能性,最后采取加入一组偏振片的方法抑制寄生振荡。     

Fast implementation of matched-filter-based automatic alignment image processing

Video images of laser beams imprinted with distinguishable features are used for alignment of 192 laser beams at the National Ignition Facility (NIF). Algorithms for determining the position of these beams enable control systems to perform the task of alignment. Real world beam images suffer from intensity fluctuation or other distortions, making algorithms susceptible to higher position measurement variability. Using matched filtering to identify beam positions results in greater stability of position measurement compared to centroiding techniques. However, this gain is achieved at the expense of extra processing time. This work explores the use of FPGAs to accelerate these computations. Results indicate a performance improvement of 20 times for an FPGA over a 3 GHz Pentium 4 processor.     

A simple method for automatic cavity alignment of a solid-state laser

Misalignment of a laser cavity would result in the displacement of beam location on the cavity mirrors. We present a simple method for automatic cavity alignment of a solid-state laser through detecting the location of the laser beam on the rear mirror, with which neither external alignment beams nor modifications to the cavity are required. The rear mirror of the laser cavity is replaced by a tip/tilt mirror to compensate for the misalignment. Experiments show that this method could effectively correct the misalignment of the laser cavity and restore the output power to almost the original value when the resonator is well aligned.     

Beam alignment with the axis of a rotation stage for laser fabrication of microcircular structures

An optical technique to align laser beam with the axis of a rotating stage is proposed for laser fabrication of circular microstructures. The laser beam is first aligned parallel to the rotation axis and subsequently adjusted to coincide with the axis. An optical arrangement consisting of two quadrant photodiodes for the x- and y-directions and a specially designed beam splitter is utilized for the alignment. Mathematical modeling of the alignment system is carried out to estimate alignment errors caused by misalignment of mirror surfaces in the beam path. It is shown that parallelness of the laser beam to the rotation axis is a key factor to reduce alignment errors. The proposed method was applied to a microstereolithography system and proved that the laser beam can be aligned within a distance of about 25 μm from the rotation axis.     

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明：相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求. 关键词： 激光技术 光束准直 光栅 远场