基于有限元分析的大型固体激光器稳定性指标重分配

在大型固体激光器结构稳定性设计中,使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度,造成结构建造的巨大浪费。为此,提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法,即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数,采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后,所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配,得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229,满足结构稳定性设计要求。     

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。     

激光原型装置结构稳定性指标划分理论及检测

 结构稳定性是ICF驱动器一个重要的设计指标。根据激光原型装置（TIL）多程放大、框架式设计的特点,结合矩阵光学对单个光学元件对光束漂移的影响进行了分析,综合不同光学元件对光束漂移的影响,建立了光学元件稳定性指标分配的数学模型,根据原型装置特点对数学模型中各参数之间的关系进行了确定,求解得到了装置内各个光学元件的稳定性指标,以此作为光机系统结构稳定性的设计要求。经过对原型装置光路稳定性指标的测试,光路稳定性漂移x方向和y方向均方根值为2.78 μm,峰谷偏差值x方向和y方向分别为14.4 μm和15.60 μm。结果表明原型装置结构稳定性漂移满足设计要求,稳定性指标划分方法合理。     

基于同步多曲面法的发光二极管机器视觉照明设计

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

新型棱镜产生近似无衍射线结构光

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

环形激光熔覆加工头的研制及聚焦光斑优化

研制了一种用于光内同轴送粉方式的激光熔覆加工头。理想状态下,加工头聚焦光斑呈现完整的环形,但在实际装配过程中,元件的加工公差和装配误差的积累会导致聚焦光斑产生形态错位和能量分布不均匀等现象。为改善上述现象,通过光学仿真的手段对加工头内部关键光学元件的位置和角度等参数进行了模拟,并以模拟结果为指导,在尽可能不引入新误差的前提下,对加工头内部光学元件的位置和角度进行了微调,测试结果表明,优化后的聚焦光斑形态对称,能量分布均匀。     

图像处理在双波长激光诱导熔石英损伤增长中的应用

利用图像处理方法对比研究了单波长辐照和双波长激光同时辐照下熔石英光学元件的损伤增长阈值。通过实时采集损伤图像和靶面光斑能量空间分布,获取损伤增长发生位置对应的能量密度。针对3ω单独辐照、3ω和1ω同时辐照下熔石英元件损伤增长的实验数据,比较分析了基于图像处理方法和传统损伤增长阈值R-on-1测量方法(国标)所得结果的差异。结果表明:本文采用的图像处理方法在研究小口径非均匀光斑辐照下的熔石英光学元件损伤增长阈值时,能解决传统损伤阈值测试中将能量密度分布非均匀光斑等效为均匀分布的平顶光斑带来的计算误差问题,有助于降低损伤(增长)阈值测量中的光斑口径效应。     

用面阵CCD模拟测定星光漂移的方案研究

在LAMOST焦面光纤定位系统预研中 ,在焦面板上采用面阵CCD跟踪测量亮星的位置及其漂移 ,以对焦面板进行定位。在实验室条件下 ,用光纤出射光斑代替星光 ,即在光纤一端耦合进光 ,并在另一端用面阵CCD接收光斑 ,以模拟实际中接收星光情况。并利用重心法和图像迭加技术对采集的光斑信号进行处理。结果表明 :用面阵CCD测量星光位置及其漂移具有重复精度高 ,稳定性好的特点 ,且通过图像迭加处理 ,可提高星光信号的信噪比。     

利用渡越辐射研究超热电子束的传输特性

 为了探索超热电子束的传输特性，利用光学CCD相机在靶背法线方向测量了光学渡越辐射积分成像图案。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行，飞秒激光与固体靶作用后，靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD狭缝上。在厚度为20 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现较平滑的圆形结构，而且中心亮度高于周围，这包含了非相干与相干渡越辐射的成分，与理论模拟结果接近；在厚度为100 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现出星状结构，光斑较小，与高能质子发射出现的星状结构极其相似；在复合靶背表面观测到渡越辐射光斑虽然也呈现大致的圆形结构，但光斑较大，而且极不均匀，中间有很明显的光斑分裂。     

ICF驱动器光束定位误差估计

 本文利用加权和法，将ICF物理实验对靶点的定位需求分配到各个组件对靶点的需求。运用等概率和不等概率方法，将组件对靶点的需求分配到各元件对靶点的需求。通过光学元件运动量与靶点光束定位之间的关系，确定各个元件定位误差估计值，并将其值作为光学元件定位误差变化范围，在此范围内进行上千条光线追迹法，根据正态分布区间估计法进行检验与修正，最后给出一组具有可行性的光学元件定位误差估计参考表。     

Quantum Mechanical Version for Bessel Beam＇s Propagation in ABCD Optical System

By introducing the entangled state representation and the two-mode Fresnel operator we provide quantum mechanical version for Bessel beam＇s classical propagation in ABCD optical system. This provides the opportunity of studying various classical Fresnel transformations in the context of quantum optics.     

Adaptive control of laser modal properties

An adaptive optical system for precise control of a laser beam's mode structure has been developed. The system uses a dynamic lens based on controlled optical path deformation in a dichroic optical element that is heated with an auxiliary laser. Our method is essentially aberration free, has high dynamic range, and can be implemented with high average power laser beams where other adaptive optics methods fail. A quantitative model agrees well with our experimental data and demonstrates the potential of our method as a mode-matching and beam-shaping element for future large-scale gravitational wave detectors.     

高阶模激光束通过会聚光学系统的聚焦特性

以惠更斯 -菲涅尔原理和取样理论为基础 ,利用计算机编程计算和绘图软件 Graftool得到高阶模激光束 (如厄米 -高斯光束 TEM1 1 、TEM1 2 (或 TEM2 1 )、TEM2 2 和拉盖尔 -高斯光束 TEM1 0 、TEM1 1 )经过会聚光学系统 (以双透镜聚焦系统为例 )传播后的聚焦曲线 (r- z)。在聚焦曲线上 ,r的极小值 rmin就是激光束会聚的聚焦光斑尺寸 ,对应的 z值是束腰位置 zfocus。这样就从理论上获得了上述激光束通过会聚光学系统后的束腰位置和聚焦光斑尺寸 ,从而为研究高阶模激光束的聚焦问题提供了一种新方法     

Comparison of the angular selectivity characteristics for an off-axis holographic storage system calculated by Born approximation and coupled-wave theory

The first Born approximation is applied to calculate the angular selectivity for different positions on the reconstructed image as a function of the object beam's optical axis angle theta(ob) and reference beam angle theta(rw) for a holographic data storage system that records the Fourier transform holograms in a medium with an infinite plane-wave reference beam. Results are compared with those calculated by the coupled-wave theory.     

非球面系统中高斯光束传输的数值计算

高斯光束的理论公式从整体上描述了光束的传输特性,但并没有描述光束内每一光子的传播行为。基于高斯光束的单叶双曲面特性,建立了一个新的高斯光束光子传输模型。该模型将高斯光束视为由无数个共轴单叶双曲面构成的双曲线体,光子传播方向是在过该光子初始发射点的双曲面的两条直母线中等概率选择。基于该模型,通过计算大量光子经光学系统的传播轨迹可获得高斯光束的几何构形、光强分布、光子光程分布及其传播方向。对实际非球面光学系统的计算结果充分验证了该方法可全面、准确地模拟高斯光束的传输特性,且数值计算效率高。     

Gray photorefractive polymeric optical spatial solitons

We show that gray spatial optical solitons are possible in biased photorefractive polymers under steady-state conditions. We find that for a given material parameter the absolute value of a gray photorefractive polymeric soliton's phase decreases with an increase in the beam's grayness, whereas it increases with the material parameter for a given beam's grayness and that the full width half maximum (FWHM) of the gray soliton beam's intensity increases with the beam's grayness when the normalized background intensity and the material parameter are fixed and decreases with an increase in the normalized background intensity when the material parameter is fixed. On the other hand, we also show that N coupled beam evolution equations in biased photorefractive polymers can exhibit multicomponent gray solitons. These multicomponent gray solitons can be obtained provided that the N coupled beams share the same polarization, wavelength, and are incoherent with one another. The characteristics and stability properties of these multicomponent gray solitons are also discussed in detail.     

用于ICF 焦斑形态控制的能动反射镜拟合波面能力研究

 用能随时改变镜面面形的能动反射镜控制并产生适于各种需要的焦斑形态。由于对焦斑形态的控制取决于能动反射镜对激光波前的拟合能力, 通过计算机仿真, 对能动反射镜在不同驱动器数量和排布方式时拟合给定波面(由几何变换法给出) 的能力进行了研究。计算结果表明, 采用自适应光学技术能在焦面上形成ICF 实验所需要的光斑形态。     

Photoinduced Birefringence and Broadband All-Optical Photonic Switch in a Bacteriorhodopsin/Polymer Composite Film

Photoinduced birefringence with large optical nonlinearity in a bacteriorhodopsin/polymer composite film is observed. A high refractive index change of 8.5×10^-5 photoinduced by 476nm pumping beam is reached at the low intensity of 6.5mW/cm². Based on it, a broadband all-optical photonicswitch is realized with an optical controlling switch system. Because of controlling beam's selectivity in switching, the transporting beams of different wavelengths with different intensities and shapes can be modulated by adjusting the wavelength and intensity of the controlling beam.     

Propagation of optical vortex solitons due to the Gouy phase in strongly nonlocal nonlinear media

In this paper,we present a study on the propagation of the symmetrical optical vortices formed by two collinear Laguerre-Gauss solitons in strongly nonlocal nonlinear media.The optical vortices,which move along the beam axis as the light propagates,result in a rotation of the beam’s transverse profile.This physical reason of the rotation is the Gouy phase acquired by the component beams.