空间双折射干涉滤光器的主动补偿研究

 空间太阳望远镜中的双折射干涉滤光器对于温度的变化十分敏感,传统的滤光器在空间环境中很难做到高精度的温度控制。改进传统滤光器的结构,在每一单级中加入LCVR(液晶位相延迟器),通过LCVR主动引入的附加位相延迟补偿由于温度波动引起的晶体位相延迟,可使滤光器透过率峰值波长始终保持稳定。以Lyot滤光器为研究对象,通过理论计算和模拟分析证明了该方法的可行性。该方法应用到空间双折射干涉滤光器可以使滤光器在卫星制造部门提供的环境温度下不使用任何温控系统依然正常使用,成功解决了空间双折射干涉滤光器温控精度的问题。由于摒弃了传统的两级温控装置,有效减小了滤光器的体积,减轻了滤光器的质量,使其更符合空间有效载荷的使用要求。     

一维VRM非轴对称虚共焦腔谐振模的计算

基于快速傅里叶变换,提出了等效空间频谱传输法并计算了一维变反射率镜（1D VRM）非轴对称虚共焦腔板条激光器的谐振模,与均匀反射率镜（URM）和二维旋转对称变反射率镜（2D VRM）非轴对称虚共焦腔作了比较。在计算中考虑了腔的非轴对称性和激活介质的增益饱和特性。数值计算结果表明,一维变反射率镜非轴对称虚共焦腔具有高提取效率和高光束质量的优点。     

等傅里叶系数双折射滤光器

对李奥(Lyot)双折射滤光器的出射振幅进行傅里叶分析,可看出博里叶系数都等于1/2~N,N是滤光器的级数.我们找到一种等傅里叶系数双折射滤光器,它由两个偏振片之间放置任意数m的等厚双折射晶片组成,选择晶片之间的角差分布,使其出射光傅里叶系数相等为1/(m+1),当两偏振片平行,晶片角递增时,其傅里叶系数全等。程差为波长的整数倍时,透过极大。当两偏振片相互垂直,晶片角正负相间时,傅里叶系数仅数值相等,而符号正负相间,程差为半波长的整数倍时,透过极大,只需以(m+1)替换2~N代入L滤光器有关性能的公式中,就可获得此种滤光器性能,如半宽△λ=△λ_1·2/(m+1),后接滤光器晶体厚度d_2=(m+1)d_1。厚度匹配的两个等傅里叶滤光器的傅里叶展式相乘,可获得组合滤光器的傅里叶展式。根据以上理论,找到了等傅里叶系数滤光器之间,以及它与李奥,Evans,Solc滤光器和部分偏振片滤光器之间存在的11种严格组合,可产生各种特性的滤光器。以上性能均为计算所证实。以往(?)olc滤光器与其它滤光器之间组合设计,缺乏严格的匹配理论,往在增加主带外的散射光。对m≤100,编制了计算该种滤光器晶片间角差的程序,并具体计算了m≤15的角差,为该种滤光器的应用提供了最主要的设计参数。此外,还给出了角差误差和厚度误差的有关公式.     

高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究

为了提高光束质量、压缩光束发散角,利用现有高功率稳定腔TEA CO2激光器进行了非稳谐振腔的技术改造及激光输出试验,非稳谐振腔采用正分支虚共焦型非稳腔方案。为充分研究谐振腔结构参数及激光振荡模体积对输出能量和光束发散角的影响,共设计加工了包含4种放大率、5种模体积的20组非稳腔腔镜组合。在其它参数都相同的试验条件下,进行了非稳腔镜的单脉冲输出对比试验,得到的最大输出能量为14 J,是原平凹稳定腔的70%,而光束发散角只是原平凹稳定腔的1/4。     

液晶可调滤光器的空间热适应性研究与改进设计

针对液晶可调滤光器所处的空间热环境设计了热真空及高低温循环试验方案,旨在通过试验验证液晶可调滤光器在空间热环境下的器件光学性能。热环境试验的结果表明,液晶可调滤光器的光谱曲线较试验前仅漂移不超时0.1倍带宽,透过率降低不超过2%。为确保器件在空间温度环境下的性能更加可靠,又设计了液晶可调滤光器的热控改进方案,将工作温度控制在35±0.5℃。仿真结果表明LCTF器件经过合理的温控设计完全可以适应空间热环境。     

采用级联原子滤光器的新型卫星激光链路系统研究

提出级联佛克脱型原子滤光器(Linked VADOF)的新构想。从理论上分析并计算了级联佛克脱型原子滤光器的透射谱。结果表明，级联佛克脱型原子滤光器将佛克脱型原子滤光器的多峰改造为单峰结构，具有比佛克脱型原子滤光器更窄的线宽和更高的噪声抑制比。将这种新型结构应用于激光信标锁频。该锁频方案提高了信标光频率的稳定性。在此基础上，给出了发射端采用级联佛克脱型原子滤光器锁频，接收端采用法拉第型原子滤光器(FADOF)滤光的新型卫星激光链路系统。外场初步联调实验表明了该系统的可行性。     

非稳腔输出环状激光束的传输特性

本文从菲涅耳衍射积分公式出发研究了激光器非稳腔输出环状光束在空间的传输规律.由轴上光强的极值点位置给出了划分非稳腔传输空间的近场、中场和远场区域公式.理论计算结果表明,非稳腔输出端环状光束在中场区域激光能量逐渐向轴心方向转移,而在远场变为爱里型圆盘状光束的过程.在非稳腔脉冲TEA CO_2激光器上测得的实验结果与理论计算结果很好地符合.     

多元件共焦型非稳腔的特征

本文首次使用牛顿成像方程对多元件共焦型非稳腔的基模给出了公式化描述,揭示出这类光腔的重要特征.对本文所用方法和其它方法的比较亦作了讨论.     

90°束旋转环形非稳腔几何特性分析

分析了ＵＲ９０环形非稳腔（ＵｎｓｔａｂｌｅＲｅｓｏｎａｔｏｒｓｗｉｔｈ９０°ＢｅａｍＲｏｔａｔｉｏｎ）正向模和反向模的几何特性，讨论了反向模无阻挡时的振荡条件，并导出了理想ＵＲ９０环形非稳腔的光线追述方程，考查了此腔对激光增益介质的空间自平均效应。     

基于法布里-珀罗腔的纳米环滤光器

同轴纳米环结构由于具有特殊的光学特性, 近年来引起了科学界的广泛关注. 本文将重点研究在以纳米环形结构为基础的法布里-珀罗腔中所存 在的两种形式的表面等离子共振, 平面型和传输型. 通过使用固定圆环阵列的周期而只改变圆环孔径大小的方法来实现调 节传输型共振并达到滤波的效果. 同时, 控制圆环阵列的周期使其足够大, 从而使得平面型共振峰位于近红外波段, 以避免对处于可见光波段的传输型共振模式形成干扰, 最终实现滤光效果. 在实验中, 通过使用周期固定为1200 nm而孔径大小从10到180 nm (以10 nm递增)的同轴圆环结构, 实现了把一束宽带的白光源分成不同颜色的单色光. 实验结果表明, 该方法解决了天线凹槽和一维层堆光栅型滤光器都普遍存在的偏振敏感性问题, 使得类似滤光器件的应用范围更广, 更能适应非偏振的自然光. 通过有限时域差分法分析得到的理论计算结果和实验结果相匹配, 实验现象得到了很好的理论支持和解释. 关键词： 表面等离子体 同轴圆环纳米腔 透射型滤光器     

High brightness operation of a XeCl laser with negative branch unstable resonators

Confocal and non-confocal negative branch unstable resonators with an intracavity spatial filter have been applied to a high-gain short-pulse UV preionized XeCl laser. The near- and far-field radiation characteristics have been investigated in both configurations. Laser beams of larger brightness have been obtained with non-confocal schemes. A maximum beam brightness of 1.3×10¹⁴ Wcm^–2Sr^–1 has been achieved.     

高功率激光多程放大系统光束传输的计算分析

 报道了高功率激光多程放大系统光束传输的模拟程序, 该程序考虑了放大介质的增益分布、增益饱和、增益恢复系数、介质吸收损耗、B积分以及光阑和空间滤波器等光学元件对激光传输和放大的影响, 并给出了典型的计算实例。     

高功率激光多程放大系统光束传输的计算分析

报道了高功率激光多程放大系统光束传输的模拟程序, 该程序考虑了放大介质的增益分布、增益饱和、增益恢复系数、介质吸收损耗、B积分以及光阑和空间滤波器等光学元件对激光传输和放大的影响, 并给出了典型的计算实例。     

Independent phase and amplitude control of a laser beam by use of a single-phase-only spatial light modulator

A phase-only spatial light modulator is used in conjunction with a spatial filter to provide independent control of the phase and amplitude of a laser beam. Continuous amplitude modulation of the beam is achieved with a resolution relevant to beam shaping of high-energy laser beams. Amplitude beam correction in a closed loop is demonstrated.     

Variable reflectivity unstable resonators for a long pulse XeCl excimer laser

The divergence of a long pulse, low gain XeCl excimer laser has been improved using confocal positive branch unstable resonators with variable reflectivity mirrors as outcouplers. With variable reflectivity unstable resonators, nearly diffraction limited beams are obtained. Variable reflectivity resonators lead to high brightness beams (9.1 10 W/(cm sr)). Different reflection profiles were studied with respect to their influence on the beam quality and the energy extraction.     

Suppression of small-scale self-focusing of high-intensity femtosecond radiation

An original method for suppressing small-scale self-focusing in laser beams with the intensity of several TW/cm² has been proposed, justified theoretically and verified in experiment. The idea underlying the method is to filter spatial perturbations during beam propagation in free space.     

4×2×3阵列式放大器参数测量系统优化设计

采用软边光阑和多级空间滤波器组合技术实现了光束的空间整形和等像面传输,利用Fresnel光束传输计算程序对4×2×3阵列式放大器参数测量系统进行了优化设计,分析了空间滤波器中小孔尺寸对光束波面传输的影响,并对优化设计结果进行了分析和讨论,所用方法和所得结论对高功率固体激光放大系统的设计有应用意义。     

4×2×3阵列式放大器参数测量系统优化设计

 采用软边光阑和多级空间滤波器组合技术实现了光束的空间整形和等像面传输，利用Fresnel光束传输计算程序对4×2×3阵列式放大器参数测量系统进行了优化设计，分析了空间滤波器中小孔尺寸对光束波面传输的影响，并对优化设计结果进行了分析和讨论，所用方法和所得结论对高功率固体激光放大系统的设计有应用意义。     

高亮度半导体激光阵列光纤耦合模块

利用2只915 nm半导体激光短列阵作为子模块,设计并研制出连续输出的高亮度光纤耦合模块。首先对每个半导体激光短列阵进行光束整形,从而提高它的光束质量;然后采用空间复用技术将这两个半导体激光短列阵出射的激光在光参数积小的方向上叠加,并利用偏振复用技术进一步提高光束质量;最后利用单片非球面透镜将激光聚焦到芯径为100 μm、数值孔径为0.22的光纤中。测量结果显示:在工作电流为52.5 A时,聚焦镜焦平面的光斑尺寸为105.4 μm;耦合后测量光纤出光功率可达72.6 W,对应亮度为6.08 MW/(cm²·sr),模块的电光转换效率为42.2%。最后测量了模块在不同驱动电流时的光谱,证明该模块的散热性能良好。     

百瓦级高亮度光纤耦合半导体激光模块的研制

用3只976 nm半导体激光短列阵作为子模块,研制出连续工作的百瓦级高亮度光纤耦合模块。首先,利用光束转换器将每个半导体激光短列阵进行光束整形;然后采用空间复用技术将3个半导体激光短列阵在光参数积小的方向上叠加,并利用倒置伽利略望远镜作为扩束器进一步压缩发散角;最后利用优化结构的透镜组将激光聚焦到芯径200 μm,数值孔径为0.22的光纤中。测量结果显示:聚焦后激光的发散角为24.8°,焦平面的光斑尺寸为175.2 μm;耦合后测量光纤出光功率可达107 W,对应亮度为2.23 MW/(cm²·sr),达到了国内利用列阵进行光纤耦合的领先水平;在工作电流为52.5 A时,电光转换效率为43.1%,远高于全固态等激光器;最后测量本模块在不同驱动电流时的光谱,并以此计算出模块的热阻为1.29 K/W,说明它的散热性能良好。结果表明,本光纤耦合模块适合应用于泵浦光纤激光器、医疗和激光加工等领域。