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。     

反射镜热畸变对高能激光系统输出光束质量的影响

高能激光系统中,反射镜镜面热变形会使系统的输出光强和波前分布不均匀性加剧,从而导致输出光束质量的下降。建立了复杂镜面光线追迹的模型,使用Fresnel衍射公式和光线追迹的方法,研究了高能激光系统内通道不同数量22．5。反射镜对输出光束质量的影响。该方法和部分结果对高能激光系统激光器的优化设计,激光内通道冷却方式以及自适应光学校正能力设计参数的选取具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

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。     

高能激光系统中的物理问题

文章讨论了高能激光系统存在的一些物理问题，着重分析了高能激光系统能力的物理限制，全系统光束质量控制，光束通道和光学元件热效应的产生和抑制，并报道了相关的模拟实验结果．利用数千瓦的氧碘化学激光器（COIL）系统，研究了激光器输出光束的稳定和净化效果，镜面和镜架热效应及其抑制方法，以及通道介质的热效应及其抑制方法，最后还介绍了全系统光束质量一体化控制的共光路共模式（CPCM）自适应光学校正方法．     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

高能超音速氧碘化学激光光束质量的测量

概述了在千瓦级ＵＲ－９０腔的氧碘化学激光实验装置上进行的光束质量测量的实验，测试结果表明。     

高能超音速氧碘化学激光光束质量的测量

概述了在千瓦级UR-90腔的氧碘化学激光实验装置上进行的光束质量测量的实验,测试结果表明,UR-90腔是改善氧碘化学激光光束质量的重要手段。     

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。     

940 nm low beam divergence tapered window laser arrays

The structures of 940 nm low vertical beam divergence semiconductor lasers grown by molecular beam epitaxy are presented. The high power laser consists of an array of closely spaced tapered waveguides giving lower parallel beam divergence and window structure. The emission wavelength is 939 nm. The FWHM of the far field pattern is 8×30°. The maximum continuous wave (CW) output power of 30 W has been achieved. In the aging tests, the laser arrays have been operating for over 3000 h under the CW condition of 25 W.     

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。     

大口径DKDP元件的辐照损伤分布特性

大口径高能激光装置是各强国积极研究的重点项目。对装置内大口径光学元件损伤特性进行有效评估具有非常重要的意义,在此研究大尺寸光学元件表面损伤。通过分段拍摄、图像拼合、损伤点记录、统计与归纳等工作发现,不同尺寸损伤点的分布特性差异较大。结合统计学方法与类似实验对比、理论计算等方式对损伤点分布与样品辐照环境特性变化的关系进行分析。结果显示,损伤点的位置分布与辐照光束的能量密度关联紧密;系统光束(351 nm)在低于6 J/cm²时能量分布均匀,高于6.7 J/cm²时呈现较为明显的高斯分布状态。可以为大口径高能辐照环境的元件损伤特性评估提供有价值的参考,对大口径紫外激光器的日常运行与维护具有极其重要的工程意义。     

同轴引射强激光气动输出窗口实验研究

给出的同轴引射加抽气联合式气动窗口,采用环形喷嘴可调喉道面积和在腔室内装配有带节流小孔的多孔板结构,并在对该窗口进行了实验研究的基础上,报导了最近的工作,研制成功全自动远程操作控制系统,实现了阀门开度随气瓶内压力变化而自我迅速调节的功能,保证了气动窗口的密封性能和输出光束的光学质量,同时可由单瓶供气实现数十次工作的要求。在最低密封压力为0.67KPa时,耗气量为35g/s,strehl比达到0.98,在高功率氧碘化学激光器进行了联机试验,获得了满意效果。     

同轴引射强激光气动输出窗口实验研究

 给出的同轴引射加抽气联合式气动窗口,采用环形喷嘴可调喉道面积和在腔室内装配有带节流小孔的多孔板结构,并在对该窗口进行了实验研究的基础上,报导了最近的工作,研制成功全自动远程操作控制系统,实现了阀门开度随气瓶内压力变化而自我迅速调节的功能,保证了气动窗口的密封性能和输出光束的光学质量,同时可由单瓶供气实现数十次工作的要求。在最低密封压力为0.67KPa时,耗气量为35g/s,strehl比达到0.98,在高功率氧碘化学激光器进行了联机试验,获得了满意效果。     

高功率激光透过窗口材料的传输效应分析

在1.315μm波长氧碘激光的透射下,对目前破坏阈值高、透过率好的白宝石窗口材料进行了解析的热应力与热应变分析,求得了吸收激光功率产生热透镜焦距和热场分布的解析式.计算了白宝石晶片在波长1.315μm激光倾斜入射时的折射效应,在5mrad夹角下影响极微,可以满足氧碘激光远场方向角条件下的使用.     

强激光作用下水冷硅镜沟槽参数的模拟分析

采用ANSYS有限元软件详细地研究了强激光作用下水冷硅镜的沟槽结构对镜面温升和变形峰谷值的影响。结果表明：水冷硅镜的沟槽结构对镜面变形峰谷值有很大的影响。在水流量一定时,沟槽宽度越小,镜面热变形和温升越小;在水流量和沟槽宽度一定时,沟槽越浅,镜面热变形越小,沟槽深度对镜面温升影响不明显。对于水冷镜,沟槽尺寸越小效果越好。对于高功率激光器而言,水冷镜沟槽尺寸一般采用几百mm~1 mm为宜。