两路120 W固体激光高光束质量相干合成

通过主动相位控制实现了两路固体激光器的高光束质量相干合成输出,总输出功率达到240 W。建立了两路120 W板条激光放大器,通过光束整形获得了高光束质量方形光斑,并实现了高占空比光束拼接,填充因子高于92.4%。研制了光轴一致性探测与控制系统,采用基于压电陶瓷的快反镜实现了光轴的高精度闭环控制,两束激光光轴一致性优于2 rad（RMS）。设计了基于现场可编程门阵列（FPGA）的相位探测与控制系统,用随机并行梯度下降算法（SPGD）锁定了两束激光的活塞相位。相位闭环后,远场光斑峰值提高到开环状态的1.7倍,为理想值的84%。合成光束主瓣包含67%的激光总能量,光束质量（BQ）为1.1。     

两路120 W固体激光高光束质量相干合成

通过主动相位控制实现了两路固体激光器的高光束质量相干合成输出,总输出功率达到240W。建立了两路120W板条激光放大器,通过光束整形获得了高光束质量方形光斑,并实现了高占空比光束拼接,填充因子高于92.4%。研制了光轴一致性探测与控制系统,采用基于压电陶瓷的快反镜实现了光轴的高精度闭环控制,两束激光光轴一致性优于2μrad(RMS)。设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位探测与控制系统,用随机并行梯度下降算法(SPGD)锁定了两束激光的活塞相位。相位闭环后,远场光斑峰值提高到开环状态的1.7倍,为理想值的84%。合成光束主瓣包含67%的激光总能量,光束质量(BQ)为1.1。     

四束激光光轴高精度稳定控制技术

介绍了压电陶瓷快速倾斜镜以及相应的反馈和控制系统研制过程,并对快速倾斜镜进行了详细的性能测试,包括响应速度、动态范围以及闭环分辨率等重要参数。在此基础上,完成了4束激光相干合成时光轴稳定闭环控制实验。实验结果表明：系统闭环控制时,4束激光光轴的均方根抖动均小于1.5 rad,与开环状态相比,光轴抖动量减小了80%。通过对开闭环控制结果的对比分析发现,远场光斑平均帧峰值提高了3.8倍。     

四束激光光轴高精度稳定控制技术

介绍了压电陶瓷快速倾斜镜以及相应的反馈和控制系统研制过程,并对快速倾斜镜进行了详细的性能测试,包括响应速度、动态范围以及闭环分辨率等重要参数。在此基础上,完成了4束激光相干合成时光轴稳定闭环控制实验。实验结果表明:系统闭环控制时,4束激光光轴的均方根抖动均小于1.5μrad,与开环状态相比,光轴抖动量减小了80%。通过对开闭环控制结果的对比分析发现,远场光斑平均帧峰值提高了3.8倍。     

傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质

研究了沿光轴入射的傍轴光束在单轴左手介质中传输的矢量性质.通过平面角谱的方法得到了横电(TE)波和横磁(TM)波在单轴左手介质中传输的严格解，并得到了傍轴近似下的矢量传输模型.利用这一模型，分析得到垂直于光轴方向不同偏振态的入射光束在单轴左手介质中同时激发横向场和低阶纵向场.如果单轴左手介质的介电常数张量在沿垂直于光轴方向上的元素不相等，同时磁导率张量在沿垂直于光轴方向上的两元素也不相等(即z方向为光轴方向，_x≠_y,μ_x≠μ_y),那么入射光束激发的横向场的分布与入射光束的初始场分布和偏振态有关，而纵向场的分布与入射光束的偏振态无关，只决定于入射光束的初始场分布. 关键词： 傍轴传输 单轴左手介质 矢量效应     

多色部分相干偏心光束在non-Kolmogorov湍流中的传输

推导了多色部分相干偏心光束在non-Kolmogorov 湍流中传输的总光强、轴上光谱、相干度的解析表达式, 研究了光束偏心参数β 、湍流广义指数α和源光谱带宽Ω对激光传输特性的影响. 研究表明: β越大, 则光束重心偏离传输轴越远, 相干度的不对称性越明显, 但是, β对轴上光谱几乎没有影响; 湍流广义指数α对总光强、 轴上光谱和相干长度的影响是非单调的, 当α=3.1时, 湍流对光束传输特性的影响最大. 值得指出的是: 在某些传输距离处, 不同α对应的轴上光谱位移量相同; 在某些传输距离处, 轴上光谱位移量为零, 且该传输距离与Ω无关, 但湍流使得该传输距离缩短. 所得结论对多色部分相干偏心光束在 湍流大气中传输的相关应用具有重要意义. 关键词： non-Kolmogorov湍流 多色部分相干偏心光束 光谱强度 相干度     

光束控制系统组件化仿真及运动解耦方法研究

利用激光系统组件化仿真软件构建了光束控制系统的组件化仿真框架,对几何/波动光学传输、光束定向器机架与其内部光学元件的耦合运动进行了仿真,提出了目标脱靶量数据和传感器图像自动更新、光束定向器机架与其内部多块快速倾斜镜控制驱动量自动解耦的数值仿真新方法,并在动态跟踪控制可视化过程中完成了光束定向器机架、多块快速倾斜镜驱动控制以及光学传输成像的仿真,满足了光束控制系统建模仿真的普适性、灵活性、易用性设计目标。最后,大气传输校正联合仿真实例证明:利用精跟踪、自适应光学技术能有效抑制大气低频扰动幅值,校正高频扰动的影响。     

光束控制系统组件化仿真及运动解耦方法研究

利用激光系统组件化仿真软件构建了光束控制系统的组件化仿真框架,对几何/波动光学传输、光束定向器机架与其内部光学元件的耦合运动进行了仿真,提出了目标脱靶量数据和传感器图像自动更新、光束定向器机架与其内部多块快速倾斜镜控制驱动量自动解耦的数值仿真新方法,并在动态跟踪控制可视化过程中完成了光束定向器机架、多块快速倾斜镜驱动控制以及光学传输成像的仿真,满足了光束控制系统建模仿真的普适性、灵活性、易用性设计目标。最后,大气传输校正联合仿真实例证明：利用精跟踪、自适应光学技术能有效抑制大气低频扰动幅值,校正高频扰动的影响。     

基于两级高速倾斜镜闭环控制的光束稳定技术研究

在光束稳定系统中,受到传输介质和平台振动等因素的影响,通常同时存在能量与频率成反比特性的宽带扰动和平台机械谐振引起的在某个特定频率点出现的窄带扰动。为了解决光束稳定系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动的问题,设计了基于两级高速倾斜镜串联控制的光束稳定系统,提出了利用前级光束稳定系统校正窄带扰动,后级光束稳定系统校正宽带扰动的控制算法,实现了对大幅度高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。在相同条件下,对比了传统的控制方法和两级高速倾斜镜联合校正控制系统的残余误差。仿真和实验表明,提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束稳定系统中存在的扰动。     

抑制光束抖动的压电倾斜镜高带宽控制

提出了一种抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振的方法从而提高系统校正带宽和跟瞄精度.通过分析双二阶滤波器参数对频率特性的影响,提出了一种双二阶滤波器的设计方法,并把这种设计方法结合比例积分(PI)控制算法用于抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振.最后,对经典PI控制算法和增加了双二阶滤波器的PI控制算法进行了实验比较,在相同的条件下,增加了双二阶滤波器的PI控制带宽比经典PI控制带宽提高了近1倍,对平台抖动控制精度提高了5倍以上.实验结果表明:增加了双二阶滤波器的PI控制算法对抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振简单有效,可以提高系统校正带宽和跟瞄精度.     

基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通...     

基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通过分析图形的形成原理并用Matlab仿真,选出了适用用于任意图案显示的扫描镜谐振频率组合(X轴2 400 Hz, Y轴2 425 Hz).该组合可以形成194×192个像素点,刷新频率为25 Hz.在此基础上提出了一种通过调制激光开关来进行投影显示的方法.     

抑制大型折叠腔结构光斑抖动技术的研究

针对光腔镜盒的真空变形和振动对精密光学系统的影响,分析了传统刚性连接的光学调整架平台以及球关节连接结构在减振降噪设计的不足,从支撑和柔性密封连接的角度,设计了隔离振动和光腔镜盒真空变形的精密光学调整架平台,对应用于大型折叠腔的双层光学调整架平台的动力学特性进行ANSYS仿真,并完成了光斑抖动验证实验。结果显示框架式双层光学调整架平台的第一阶弹性体频率可达到126.5,172.3Hz,很好地满足折叠腔光学调整架平台的使用要求;应用在大型折叠腔,抽真空试验前后He-Ne导引光输出光斑位置无变化,形状变化很小,出光过程中输出抖动角均方根值为3.73″,隔离振动传递效果明显。     

抑制大型折叠腔结构光斑抖动技术的研究

针对光腔镜盒的真空变形和振动对精密光学系统的影响,分析了传统刚性连接的光学调整架平台以及球关节连接结构在减振降噪设计的不足,从支撑和柔性密封连接的角度,设计了隔离振动和光腔镜盒真空变形的精密光学调整架平台,对应用于大型折叠腔的双层光学调整架平台的动力学特性进行ANSYS仿真,并完成了光斑抖动验证实验。结果显示框架式双层光学调整架平台的第一阶弹性体频率可达到126.5,172.3 Hz,很好地满足折叠腔光学调整架平台的使用要求;应用在大型折叠腔,抽真空试验前后He-Ne导引光输出光斑位置无变化,形状变化很小,出光过程中输出抖动角均方根值为3.73,隔离振动传递效果明显。     

Performance simulation of an adaptive optics system with liquid crystal corrector under closed-loop and open-loop control

The adaptive optics system (AOS) often operates in a discrete sampling process with finite closed-loop frequency. Reconstruction, detection, and time lag induced errors are the main correction errors of the system. An AOS that is based on a liquid crystal (LC) benefits from the LC’s high correction precision, thus the reconstruction error can be ignored. The primary error will be induced by the time lag from the time of detection to the time of compensation. In this paper, some theoretical simulations are introduced in order to evaluate the correction precision of AOS with an LC corrector. The main purpose is to compare the correction precision between the open-loop and closed-loop control. We attempt to find a method to ascertain the exact precision of the open-loop control and show whether it improves the correction precision. The conclusion is thus reached that the actual error rejection bandwidth for the closed-loop was lower than the −3 dB error rejection bandwidth measured in practice. The increased refresh frequency of the open-loop control can improve the imaging performance to nearly −3 dB bandwidth of the detector measured, which is the maximum possible bandwidth due to the time lag.     

快速响应的硅基纯相位液晶器件对动态大气湍流波前的校正能力研究

液晶相位调制器的响应时间延迟是影响液晶自适应光学系统性能的一个主要因素, 为了提高系统的响应速度, 开发了一种快速响应的向列相液晶材料, 并制成了反射式硅基液晶器件(LCOS). 分析了该LCOS的相位调制特性及其对静态畸变波前和扰动波前的校正能力. 首先, 测量了LCOS的电光响应特性, 得出其780 nm相位调制量的响应时间为2 ms. 其次, 测量了LCOS的相位调制特性, 并对相位调制进行了线性化处理. 再次, 测量了用该LCOS搭建的液晶自适应光学系统的闭环和开环3 dB带宽, 它们分别为16和18 Hz. 最后, 给出了开环液晶自适应光学系统校正大气湍流的数值模拟结果, 结果表明. 系统的Strehl比由校正前的0.025上升到了校正后的0.225. 因此, 该液晶自适应光学系统可以对Greenwood频率为30 Hz以下的大气湍流进行较良好的校正.     

固体板条MOPA激光光束质量主动控制

详细介绍了固体板条MOPA激光系统输出光束特性,包括光束近场强度分布、波前畸变空间特性和时间频率特性等,并以此为设计输入,研制了大动态范围高空间分辨率变形镜。研制的自适应光学闭环校正系统在强光条件下,实现了全程闭环控制,光束质量因子平均值从开环7.4提高到4.06。根据当前波前闭环校正残差,提出了进一步提高MOPA系统输出光束质量的方法。