大口径薄片激光器中的谐振模式及光束质量诊断

基于自再现原理,利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方程,引入腔镜失调、激光介质上的增益分布以及光阑口径,采用本征矢量法分析了大口径平凹腔薄片激光器的本征模式,并计算了相应的光束质量因子M2.建立了千瓦级薄片激光系统和光纤扫描光斑诊断装置,开展了高功率激光输出特性研究.结果表明,在大口径高功率平凹腔中多个本征模式可同时起振,获...     

大功率激光二极管双峰结构远场分布模型

为了合理地设计光学系统以整形激光二极管出射光束,必须准确了解激光二极管的远场分布,然而对于大功率激光二极管仍没有形式简单并且较好反映实际器件特性的光束模型。基于亥姆霍兹方程的严格远场解,提出使用两个离心高斯光束描述场源处平行结平面方向的模式场分布,将其代入严格远场解中得到一种描述大功率激光二极管远场光分布模型．用于描述其双峰远场结构。理论模型与三种实际器件的测量数据进行了比较,曲线主要部分都能很好吻合,并且偏差部分的能量仅占总能量的1％～2％。该模型数学表达形式简单,可以方便地用于研究光束经光学系统后的变换,以及计算光学系统的耦合效率,而且对于定量设计光学整形系统十分有用。     

高功率固体激光放大系统相位自校正方法研究

就光学元件间低频相位误差叠加提出用相关系数作为叠加相位结果的估计参量，并通过模拟计算和验证实验证明了相关系数能有效地对低频相位叠加结果进行比较估计，在此基础上就高功率固体激光放大系统中放大片的选取和安装提出了自校正方法并实现了自校正过程。     

高功率激光近场诊断系统在线标定光源研制

针对高功率激光装置的特点,提出基于光纤激光的标准光源产生方法,以1053nm单模光纤激光为点源、以空间滤波器透镜为准直透镜获得了口径为300mm×300mm、不均匀性优于4％的均匀光源,成功实现了对神光Ⅲ原型装置近场诊断系统的在线标定。     

光束截面的动量守恒及动量衍射发散度

在忽略了瞬逝波的条件下，证明真空中单色标量光场的光束截面的动量及其任一分量都与轴向坐标无关，为守恒量；文中还给出了动量衍射发散度的表达式。     

高能固态激光阵列光束合成技术浅析

建立了高能固态激光阵列合成的模型,对相干合成型和非相干合成型的高能固态激光系统进行了分析和比较.引入光束传输因子(BPF)作为评价合成光束的光束质量,对湍流大气对板条激光器和光纤激光器相干合成与非相干合成远场光束质量的影响进行了定量分析.计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考.     

Nonlinear Dynamics of Laser Interaction with High Z Plasma

The formation and evolution of a plasma in the interaction of laser radiation with gold targets are studied by computer simulations using MHD code (ESC-CASTOR). The nonlinear features of the interaction including the absorption of laser radiation, heating of the plasma components, and the deformation of the density profile under the action of the ponderomotive force are discussed. The role of these nonlinear effects together and the influence of the radiative and collisional transport in the evolution of the density profile are discussed based on the numerically obtained two-dimensional dynamical structures of the hydrodynamic parameter (electron density n_e, ion density n_i, electron temperature T_e, ion temperature T_i), radiation temperature T_r, ponderomotive force profile, and the space-time dependencies of the absorption efficiency and the ionization rates. The radiation spectrum is analyzed and the regularities in the motion of the critical density surface are clarified.     

Chiral Lithography with Vortex Non-diffracted Laser for Orbital Angular Momentum Detection

Chiroptical response, demonstrating chiral interaction between optical vortex and chiral structure, plays an important role in variety of fields like optics and material science. However, the flexibility and efficiency of chiral structure fabrication are limited due to mask requirement and a point-by-point constructing strategy. In this paper, a novel chiral lithography method is proposed that utilizes optical vortex phase beam shaping to achieve chiral structure processing with high efficiency and flexibility. By programming topological charges of the vortex phase, chiral structures with adjustable appearance, rotation, and chirality can be produced using femtosecond laser single pulse exposure. Transmittance measurements of fabricated chiral structures array confirm a 66% helical dichroism that is predicted by simulation. Moreover, with the aid of convolutional neural networks (CNN), an accuracy of 98% in Orbital Angular Momentum (OAM) recognition can be achieved. This chiral lithography method provides an alternative for chiral structure fabrication and holds promise in the development of chiral optics, optical communications, and next-generation optical devices.     

高功率固体激光近场强度功率谱密度特性分析

高功率固体激光驱动器的负载能力已经成为限制驱动器发展的瓶颈问题,负载能力研究的主要是激光束近场和光学元件的相互作用过程。采用功率谱密度(Power spectral density,PSD)方法分析了多程放大构型高功率固体激光驱动器实验输出近场强度的频谱在激光强度提升过程中的演变规律,分析了引起近场强度调制的主要因素。结果表明,高强度下,激光驱动器的输出近场存在明显的频谱特征,二维功率谱密度近似满足各向同性,近场调制主要源于小尺度自聚焦效应,PSD曲线显示获得增长的频率主要是各级空间滤波器截止频率所限定的频段。     

基于光束干涉的高功率激光鬼像分析

在原有鬼像焦斑空间分布研究的基础上,进一步考虑入射激光脉冲与透镜的鬼像之间发生的干涉叠加现象.参考神光Ⅱ系统,分别推导并计算了3～10 ns的入射脉冲引起最小像差型双凸透镜产生鬼像干涉的最大焦距范围,然后以单位矩形脉冲平面波作为入射光,讨论存在干涉的几种情况.结果表明,由于干涉叠加效应,鬼像焦平面存在较大的调制,焦平面...     

内腔拉曼频移激光器输出光束参量计算

从理论上讨论了内腔拉曼频移激光器输出光束的腰斑大小和位置。首先从矩阵光学出发求出拉曼介质中抽运基频场的光束参量；然后根据Ibison的匹配模理论求出拉曼介质中的斯托克斯参量；最后通过出射光学系统传递矩阵的变换，求出出射拉曼频移光束的参量。为拉曼频移激光器的设计提供了依据。     

基于鬼像和像差分析的高功率激光装置透镜设计

为了设计能够满足高功率固体激光装置需求的空间滤波器透镜,采用矩阵光学方法,分析光束经过单透镜传输时剩余反射形成各阶鬼像的过程,得到鬼像位置与透镜曲率半径的关系式.该关系式表明,透镜的曲率半径设计可以控制鬼像所在的区域.根据高功率激光装置光路排布的特点简化鬼像分析,利用自行开发的鬼像追迹软件分析了主放大级鬼像分布特点.通过改变透镜的曲率半径和倾斜透镜这两种方式,基于鬼像规避和像差最小化两种原则,最终确定主放大级透镜曲率半径的最优选择为1:3弯月型,凸面朗向光学元件集中的方向.该方法可普遍应用于指导高通量复杂光学系统的透镜设计.     

Application of Laser Simulation Method for the Analysis of Crater Formation Experiment on PALS Laser

The crater formation process is studied in the laser - Al solid target interactions on the PALS iodine laser facility. A great variety of laser beam parameters are used to irradiate massive aluminium targets. Large laser energies available (up to 600 J) open a possibility to investigate the process of crater formation for physical conditions different from the earlier studies for the lower laser energies. Comparison with the earlier results is presented.A simple theory, LSM (laser simulation method), has been applied for the analysis of the experimental results. This model leads to a universal relation (scaling law) for the crater relative volume. Our work extends the study of crater formation to the virtual macroparticle velocities exceeding 100 km/s. The scaling law is derived here for this previously unexplored region. An alternative method of studying crater formation is also proposed.     

高功率双包层光纤激光器

介绍了高功率双包层光纤激光器的结构和工作原理，综述这种新型光纤激光器的主要特点及其在国内外的最新进展状况，展望了双包层光纤激光器的应用前景。     

Adaptive Correction of a High-Power Titanium-Sapphire Laser Radiation

An adaptive optical closed-loop feedback system based on a phase-conjugation algorithm has been developed and investigated. It includes a deformable bimorph mirror and a Shack-Hartmann wavefront sensor. This system was used to improve the radiation focusing in an ultrashort-pulse laser designed for basic research in the field of high-energy physics. With the indicated system, the power density of 10-TW radiation pulses in the focal plane of a Ti:Al₂O₃ laser reached 4 ⋅ 10¹⁹ W/cm². Report at the Fifth International Scientific and Technical Conference “Quantum Electronics,” November 22–25, 2004, Minsk, Belarus. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 72, No. 5, pp. 678–683, September–October, 2005.     

激光输出不稳定性对激光与物质热作用的影响

研究了激光与物质相互作用中激光输出不稳定性对材料中温度场颁的影响以及减少这种影响的途径。首次在激光热传导方程中引入噪声项,推导了噪声影响下该激光热传导方程的解。研究发现,温度场的分布受噪声的影响,材料表面温度的涨落较大,而材料的深处涨落较小;温度场的涨落还和激光加热的过程有关,随激光加热时间的增长,温度场的涨落增大。此外,材料的热传导系数、热扩散率和发射率均对温度场的涨落有影响。文中还提出了减小激     

激光驱动飞片的动量耦合模型研究

激光驱动飞片技术在动高压加载和模拟空间高速粒子运动规律等实验中有重要的应用价值。而激光与飞片的动量耦合模型研究是激光驱动飞片技术的重要内容之一,其实质是激光与物质的作用规律的宏观表征。以激光支持爆轰波（LSDW）理论为基础,建立了约束条件下激光驱动飞片的动量模型,模型考虑了激光功率密度、脉宽、聚焦焦斑、侧向稀疏波、飞片表面气体参数、飞片面积等因素的影响,比较全面地反映了LSDW对飞片的力学作用特性,理论计算结果与参考文献结果吻合较好,误差不超过25%。     

大功率准连续Nd:YAG陶瓷激光器研究

采用侧面环绕均匀排布的紧凑型抽运结构,实现了激光二极管阵列侧向抽运Nd∶YAG陶瓷激光器高效率激光输出。理论计算得到谐振腔输出镜的最佳输出耦合透射率为22.2%,并在输出耦合镜透射率为22%的条件下,用掺杂原子数分数为1%,尺寸为5mm×75mm的Nd∶YAG陶瓷棒,获得了平均功率大于230W的准连续1064nm激光输出,其光光效率和斜率效率分别高达52.4%和61%。并测得输出激光脉冲宽度为160μs,光谱线宽略小于0.8nm,光束发散角为16mrad。实验结果显示,Nd∶YAG陶瓷激光器输出功率Nd∶YAG单晶激光器相当。     

高光束质量垂直腔面发射激光器同相耦合阵列

质子注入型面发射激光器相干耦合阵列能够实现同相模式的激射,但是由于制作过程中的工艺不均匀性引起单元间存在相位差,影响光束的质量。本文通过设计分离电极结构,使每个单元注入的电流得到分别的控制,实现了3单元三角排列阵列高光束质量同相耦合模式的激射。阵列远场发散角仅为3.4°,大约有25.6%的全部能量聚集在中心光斑。激射光谱的线宽为0.24 nm,边模抑制比为27 dB。该方法能够有效提高相干耦合阵列的光束质量,弥补制作工艺中引入的单元不均匀性,提高器件的可靠性和实用性。质子注入方法简单、成本低,能够成为制作高光束质量相干耦合阵列的一个重要方法。     

高功率双包层光纤激光器抽运技术的方案分析

介绍了高功率光纤放大器双包层光纤的结构特点和双包层抽运的基本原理,在此基础上对高功率双包层光纤激光器的抽运关键技术作了分析,详细讨论了端面抽运技术、熔锥侧面抽运技术、内嵌反射镜抽运技术、角度抛光侧面抽运技术和V形槽侧面抽运技术等多种侧面抽运技术的结构及系统性能参数,并对各种侧面抽运技术的优缺点作了比较分析.研究结果表明,侧面抽运比端面抽运更有利于获得高功率激光输出,而在侧面抽运技术中则以V形槽侧面抽运技术为佳.