高功率激光装置中局部波前畸变的非线性传输

 根据高功率激光装置中强激光束传输的特点,建立了描述光束通过光学元件时引入的局部波前畸变模型,并利用纹波传输的线性化处理方法,研究了带有局部波前畸变的高强度光束的传输规律。以一个连续的非增益激光介质为例,用该模型进行数值模拟,给出了不同空间尺度的局部波前畸变的频谱分布、不同空间频率的纹波引起的振幅非线性增长曲线、不同B积分的非线性增益随光束传输距离的变化曲线,光束振幅非线性增益达到最大时光束的传输距离和标准传输距离不同时由局部波前畸变引入的振幅分布。研究表明为了防止光学元件损坏,应避免光学元件表面出现半径为0.5~2.0 mm的局部瑕疵。     

一种重构高功率激光束波前的方法

介绍一种对“星光Ⅱ”１０＾１２Ｗ高功率激光器的波前相位进行重构测量的研究方法。实验中对高功率激光束经过孔阵列相位传感器在像纸上烧蚀成的光斑阵列进行图像处理,测定各光斑光强中心及相对位移,再由理论分析得到实用的迭代算法公式,重构出高功率激光束波前。     

两种不同算法重现高功率激光束的相位

 介绍了两种不同的波前重构算法及基本原理,并给出了实用的重构算法公式。通过用哈特曼小孔阵列板代替传统的哈特曼一沙克传感器的方法,对“星光II” 10¹²W高功率激光器的波前相位进行了测量和重构,并对两种算法重构的相位进行了比较,得到了一致而令人满意的结果。     

两种不同算法重现高功率激光束的相位

介绍了两种不同的波前重构算法及基本原理,并给出了实用的重构算法公式。通过用哈特曼小孔阵列板代替传统的哈特曼一沙克传感器的方法,对“星光II” 1012W高功率激光器的波前相位进行了测量和重构,并对两种算法重构的相位进行了比较,得到了一致而令人满意的结果。     

高功率固体激光装置哈特曼传感器参考波前标定方法

 在高功率固体激光驱动器中,参考波前标定是自适应光学系统应用过程中的关键技术之一。基于国内某大型激光原型装置光路特点,对比研究了两种不同的参考波前标定方法,详细分析了两种方法的标定过程和影响标定结果准确性的主要因素,选取了较为准确的参考波前标定结果。基于该参考波前,对AO系统闭环和开环条件下的远场进行了对比测试,实验证明了标定结果的有效性。该研究结果成功应用于该激光原型装置的AO系统波前补偿实验。     

用液晶电视控制激光束小尺度波前畸变研究

 将两块液晶电视(LCTV)通过中继成像方式级联，一块用于模拟小尺度畸变波前，另一块用于控制和衰减前面的小尺度畸变，通过环路径向剪切干涉(CRSI)装置对畸变波前的控制结果进行检测，从实验上实现了LCTV对激光光束小尺度波前畸变的控制。从理论上对实验原理进行了分析，给出了补偿后波前存在剩余波前起伏的合理解释。     

用液晶电视控制激光束小尺度波前畸变研究

将两块液晶电视(LCTV)通过中继成像方式级联,一块用于模拟小尺度畸变波前,另一块用于控制和衰减前面的小尺度畸变,通过环路径向剪切干涉(CRSI)装置对畸变波前的控制结果进行检测,从实验上实现了LCTV对激光光束小尺度波前畸变的控制。从理论上对实验原理进行了分析,给出了补偿后波前存在剩余波前起伏的合理解释。     

人造信标波前测量

应用信标技术可以降低大气湍流对光学系统的影响,人造信标是主动校正大气造成的波面相位畸变的重要手段。介绍了人造信标实验系统和利用后向瑞利散射人造信标进行的波前测量结果,分析了人造瑞利后向散射信标系统指标和波前畸变测量结果的关系。     

人造信标波前测量

 应用信标技术可以降低大气湍流对光学系统的影响，人造信标是主动校正大气造成的波面相位畸变的重要手段。介绍了人造信标实验系统和利用后向瑞利散射人造信标进行的波前测量结果，分析了人造瑞利后向散射信标系统指标和波前畸变测量结果的关系。     

Nd:YAG薄片激光器热致波前畸变

 理论分析了激光二极管端面泵浦薄片Nd:YAG 激光器的激光介质热效应对波前相位分布的影响,给出了薄片激光器波前热畸变的计算公式。数值模拟了理想均匀泵浦及4阶超高斯泵浦下的波前分布,分析了介质厚度和泵浦均匀性与波前畸变量的关系。研究表明,介质越薄,激光泵浦光均匀性越好,泵浦功率密度越小,激光波前畸变越小;与介质厚度、泵浦功率密度相比,泵浦光光强分布对波前的影响更为显著。     

基于基元全息图空间频谱分析的计算全息参考光角度选择方法

提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分,导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000mm时,一幅22.5mm×26.1mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图,并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明:参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时,再现像与共轭像不能完全分离,参考光角度大于1.398 0°时,全息图频率过高会造成欠采样,导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致,验证了参考光夹角选择方法的正确性.     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验.结果表明,基于错位叠加方法的重建波面均方差值提高了近4.45倍.研究成果为非球面检测过程中标准波面的获取提供了可靠的理论基础.     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验....     

光谱色散匀滑技术与衍射光学器件联用性能的空间频谱分析

基于空间频谱分析方法,建立了光谱色散匀滑技术(SSD: Smoothing by Spectral Dispersion)与衍射光学器件(DOE: Diffractive Optical Element)联用性能的简化分析模型,为SSD与DOE联用时,SSD参量的优化提供了理论依据.数值模拟了SSD各参量,包括脉冲时间、调制频率、位相调制系数、光栅线色散系数等对束匀滑性能的影响.模拟结果表明,SSD参量经过优化选取,且波前畸变随时间快速变化时,能获得良好的束匀滑性能.     

激光二极管端面泵浦的单频固体激光器的理论研究

给出了激光二极管端面泵浦的驻波激光器单频运转时的最大泵浦功率与腔参数和激光介质参烽之间的简单函数关系，对于单频激光器的设计具有实际指导意义。     

高功率半导体泵浦固体激光器输出特性的研究

通过实验详细测量了水温、工作电流对二极管激光器发射波长的影响;采用光线追踪法模拟计算出在不同泵浦参数下半导体泵浦光在NdYAG棒内的分布情况,得到了圆周上泵浦模块的个数,泵浦光发散角等因素对泵浦光分布均匀性的影响.采用直接泵浦方式,分别设计了二种不同功率水平的半导体泵浦的NdYAG固体激光器聚光腔,得到了170和800 W的输出功率,并对激光器的输出特性进行详细测量,最大光-光转换效率达37%,电-光转换效率约为16%.     

强激光畸变波前的高精度重构

 高精度的波前重构，是实现对强激光波前畸变进行有效补偿与控制，提高光束质量的重要前提。先利用三个较远的衍射面及输入面上的强度信息，重构出强激光波前的以均方根梯度来描述的低频成分；再利用两个较近的衍射面及输入面上的强度信息，重构出强激光波前的以随机分布描述的中高频成分。当波前畸变的低频幅度小于或等于2λ，中高频幅度小于或等于0.15λ时，算法具有良好的收敛性能。     

光抽运小型铯束频标中光频移的测量与分析

在弥漫激光场抽运斜入射光检测小型铯原子束频标实验系统上 ,对弥漫激光场产生的散射光所引起的光频移 (主要是交流斯塔克移动 )以及光抽运区产生的荧光引起的光频移对铯束频标准确度的影响作了仔细的实验测量 ,并与理论计算结果作了比较分析。测量结果表明在正常工作条件下 ,散射光引起的光频移小于 - 2× 10 -13 ,荧光引起的光频移值在 0 8× 10 -13 左右 ,这样的光频移对小型光抽运铯束频标来说是可以接受的。     

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。