激光主动照明均匀性影响因素及其规律

针对阶梯相位调制窄谱激光主动照明方法,基于物理模型及工程应用需求,对窄谱激光谱线线型、阶梯相位调制器光学镜数量、光学镜厚度梯度误差三种影响因素,进行了主动照明远场光斑均匀性数值模拟,揭示了照明远场光斑闪烁指数随影响因素的变化规律.结果表明:激光谱线线型对照明光斑均匀性的影响很小,均匀型、高斯型、洛伦兹型激光谱线照明光斑空间闪烁指数均值分别为0.27, 0.28, 0.28;照明光斑闪烁指数随阶梯相位调制器光学镜数量增多而降低,且逐渐趋于平缓;光学镜厚度梯度毫米量级的误差对闪烁指数的影响很小,误差为–0.6 mm时,空间闪烁指数由0.266增大到0.271,恶化率仅为1.9%.     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明:光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。     

光谱色散后的相位调制光束衍射特性研究

用数值方法研究了激光驱动器系统中使用光谱色散平滑单元后光束的衍射特性.模拟结果表明，光谱色散会使光束衍射光斑变大，近场空间强度均匀性改善，而远场光斑内部存在光强接近于均匀分布的区域.进一步分析了光谱色散平滑单元中相位调制器的调制深度、调制频率及光栅色散系数等主要元件参数对光束传输特性的影响，发现在一定情况下光斑内部会出现较强的强度调制. 关键词： 光谱色散平滑 光束衍射 近场 远场     

多束部分相干光抑制光强闪烁效应的仿真实验研究

为了有效抑制激光大气传输过程中引起的闪烁效应,本文围绕照明光束相干性与闪烁指数关系展开研究。首先,明确闪烁效应产生机理,建立与光束相干性相关的数学模型。然后,采用偏振分光元件将出射激光分为4束,并破坏其相干性。在此基础上,以随机相位屏为核心元件构建大气湍流仿真实验装置,评估不同光束相干性条件下的远场光斑闪烁指数。实验结果表明,4束光照明的光斑闪烁指数比单光束照明降低了75%。理论分析及实验结果均证明了多束部分相干光在抑制光强闪烁效应方面的有效性。     

基于波导相位调制器的光谱色散平滑技术实验研究

利用波导相位调制器产生的正弦调频脉冲进行了光谱色散平滑技术实验研究.结果表明该铌酸锂波导相位调制器可以容易地将DFB振荡器产生的单纵模信号展宽到0.1—1.5 nm,远场分析表明焦斑扫动规律与理论计算一致,近场分析表明SSD对近场百微米尺度的调制有显著改善.本研究为高功率激光装置束匀滑方案的优化提供了参考. 关键词： 远场 近场 光谱色散平滑 惯性约束聚变     

采用光谱色散平滑和连续相位板实现靶面均匀辐照的实验研究

为了改善高功率激光装置的靶面辐照均匀性, 在神光-Ⅲ原型装置的一路光上开展了结合光谱色散平滑(SSD) 和连续相位板(CPP)的高通量实验研究．实验基于调制频率9.2 GHz的体相位调制器开展, 输出的相位调制脉冲光谱展宽稳定, 脉冲波形顶部剩余调制很小. 结果表明SSD色循环数为1时预放和主放各级空间滤波器过孔顺利, 包含焦斑95%能量的通量对比度由窄带时的1.71下降到加SSD和CPP时的0.47．三倍频光脉宽1 ns, 能量1115 J时, CPP和终端光学组件元件未见损伤．通过实验解决了在高功率激光装置上采用SSD和CPP进行靶面均匀辐照的若干关键技术, 为将其应用于物理实验奠定了坚实基础.     

非均匀关联随机电磁光束的产生

从理论和实验两方面对非均匀关联随机电磁光束的产生进行了研究.在理论出棊于相位关联与柑干度的联系推导出非均匀关联随机电磁光束的2×2交叉谱密度矩阵及相干性分布.理论分析表明,这种非均匀关联随机电磁光束中两点间的相干度不仅和两点间距有关,而且和两点的位置有关.在实验上,利用两个相位型液晶空间光调制器对入射的完全相干光的两个偏振分量分别加载随机相位调制,并测量了随机电磁光束的相干度分布.实验结果表明,光束中间距相等的两点之间的柑干度随着两点与光斑中心的距离的增加而减小.实验结果与理论结果一致.这种非均匀关联的随机电磁光束在自由空间光通信和激光微操控等领域具有广阔的应用前景.     

基于相位凝固技术的激光反馈干涉术

针对激光反馈干涉术,提出基于相位凝固技术的调制解调方法,用以提高位移测量的分辨率,并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统,利用调制器进行外腔相位调制,采集调制相位相对固定的干涉光信号,通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析,并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明,采用5点...     

非均匀关联径向偏振部分相干光的产生

从理论和实验两方面对非均匀关联径向偏振部分相干光的产生进行了研究.理论上,基于相位关联与相干度的联系,推导出了非均匀关联径向偏振部分相干光的2×2阶交叉谱密度矩阵及相干度分布.实验上,利用一个相位型液晶空间光调制器的不同区域,对入射的完全相干的径向偏振光的两个正交偏振分量分别加载随机相位调制,并实验测量了这种光束的相干度分布及其对光强分布的影响.实验结果验证了光束相干度的非均匀关联结构,并且通过改变随机相位的高斯调制半宽可以改变光束的相干性分布.研究表明,随着随机相位的高斯调制半宽的增加,光束中两点间的相干度逐渐减小,其光强分布由圆环状逐渐变化为类平顶的光强分布.这种非均匀关联的径向偏振部分相干光在激光微操纵和材料加工等领域具有一定的潜在应用价值.     

基于束间动态干涉的快速匀滑新方法

针对高功率激光装置中靶面辐照均匀性的高要求,提出了一种利用束间动态干涉改善辐照均匀性的快速匀滑方法.基本原理是利用共轭相位板阵列对存在一定波长差的多束激光附加相位调制,从而使各子束在远场两两相干叠加以产生动态的干涉图样,进而引起焦斑内部散斑的动态扫动,在ps时间内抹平不均匀性.以典型惯性约束聚变装置中的激光集束为例,通过建立基于束间动态干涉的快速匀滑物理模型,定量分析了相位板类型、相位调制幅度和束间波长差等因素对焦斑动态干涉图样的影响及规律,进而对其束匀滑特性进行了讨论.结果表明,基于束间动态干涉的快速匀滑方法可以有效地实现多方向、多维度的焦斑内部散斑快速扫动,且通过与传统束匀滑技术的联用,可以在更短的时间内达到更好的焦斑均匀性.     

基于相位凝固技术的激光反馈干涉术

针对激光反馈干涉术,提出基于相位凝固技术的调制解调方法,用以提高位移测量的分辨率,并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统.利用调制器进行外腔相位调制,采集调制相位相对固定的干涉光信号,通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析,并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明,采用5点相位凝固采样技术,测量准确度可以达到λ/20.此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率,实现信号实时采集处理,可用于位移的实时测量.     

相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

基于改进GS算法设计DOE制备紫外波段微米级均匀光斑

利用衍射光学元件（DOE）对紫外激光进行相位调制，可在远场衍射获得微米级均匀光斑。该方法的优点为：可灵活设计均匀光斑的形状、尺寸；具有较高的能量损伤阈值，适用于高功率光源。DOE设计的难点在于制备微米级均匀光斑的同时，兼顾陡度、均匀度等参数指标。基于解析法设计DOE生成的均匀光斑过渡区陡度变化缓慢，可有效利用的均匀区域较小，不适合制备小尺寸均匀光斑。此外，基础Gerchberg-Saxton(GS)算法制备微米级平顶光束，整形效果不明显，均匀度无法满足应用要求。将基础GS算法收敛结果作为改进GS算法的初始相位，改进GS算法在频域设置信号区和噪声区，并限制频域振幅分布，在理论上具备可行性。分析了离焦误差影响，并进行了实验验证，发现实验结果与理论结果具有一致性。     

压电式光纤相位调制器相移系数测试

介绍了压电式光纤相位调制器的相移系数理论公式,提出了基于杨氏双缝干涉原理的相移系数测量方法。对测量方法的可行性进行分析,通过实验对测量方法进行了验证。实际研制了一个基于压电陶瓷环的光纤相位调制器件,实验测得的相移系数与理论分析结果基本一致。利用研制的压电式光纤相位调制器实现了两路准直光束之间的相位锁定,在远场实现了相干合成,干涉条纹可见度从3%提升至43%。     

基于空间滤波的光纤激光被动相位锁定技术研究

基于空间滤波的被动相位锁定,对掺Yb光纤激光阵列的相干组束进行了理论和实验研究.分析了基于空间滤波光反馈相位锁定的原理,研究了远场相干光斑Strehl比与激光波长及光谱带宽的关系.建立了二维四路掺Yb光纤放大器阵列的被动相位锁定实验系统,实现了稳定的相干耦合激光输出,远场光斑Strehl比为0.77.测得输出激光光谱中单个纵模的带宽约为9.1 GHz,与理论计算符合较好. 关键词： 光纤激光 相干合成 环形腔     

随机高斯型相位板的束匀滑特性

 针对激光系统对光束匀滑的需求,设计了高斯型连续相位板,并对其远场特性进行了研究。分别计算了相干长度为39,30,10和3 mm的高斯相位板远场光斑分布,结果显示相位板自身相关长度是决定远场能量分布的重要因素,当相干长度大于10 mm时,由于不满足各态历经条件,远场光斑分布能量分散。当相干长度小于10 mm后,由于满足各态历经条件,远场光斑能量将接近理想的高斯分布特性。通过数值计算模拟了相干长度为3 mm的连续相位板对畸变光束进行匀滑处理的过程,演示了束匀滑处理结果。通过比较匀滑前后远场光斑的能量分布,显示了畸变光束通过连续相位板后远场光斑能量分布变化情况,通过相位板后,光斑形状明显接近理想高斯分布情况。     

大气环境下用于瞄准的激光波束传播特性研究

针对激光瞄准过程中的光斑偏移现象,结合修正的Von Karman谱的折射指数起伏和Hufnagel-Vally湍流模型上的近似积分,研究了高斯脉冲光束在湍流大气中远场水平以及斜程传播时的脉冲展宽和闪烁指数,分析了强湍流条件下1.06 μm准单色光斜程大气传输光强分布与脉冲展宽的关系,对数值结果进行比较,发现远距离传输中波长和距离对波束瞄准偏差影响较大.从理论和实验上对大气环境下激光光斑瞄准偏差进行了分析研究,研究结果表明:将激光光斑全场数据及分析结果应用到现有偏差补偿算法中,可以实现激光瞄准偏差的有效补偿,在大气能见度1 km～3 km范围内,激光瞄准偏差测量误差σA≤0.1 mrad.     

近红外激光照明器均匀性评价技术研究

近红外激光照明是在低照度情况下,用近红外激光作为光源对远距离目标进行主动照明.由于激光的产生机制、匀光装置和照明器采用的光学系统公差、大气湍流等因素,近红外激光光束在目标面上的光强空间分布不均匀,对成像、观测准确度产生较大影响.本文提出采用近红外激光光强功率谱衡量照明近红外激光光强分布均匀性,即采用归一化后光强功率谱所围成的面积作为衡量近红外激光照明均匀性的参量.利用这种方法,对不同的近红外激光照明器,在相同的工作状态下的照明均匀性评估参量进行了研究,结果验证了采用归一化后光强功率谱所围成的面积作为评价参量的合理性.     

共线外差干涉系统相位特性

以单束正交线偏振光为光源,利用索列尔-巴比涅相位补偿器使相位连续变化,采用锁相放大器进行数据采集,设计了一种由光纤耦合输出的窄频半导体激光器和双声光调制器组成的共线外差干涉系统,对其相位特性进行了研究,分析了激光束漂移及光源谱线宽度对相位测量的影响.实验表明:系统的相位分辨率为0.3611μm,相位灵敏度为27.386°/mm,测量误差为0.090rad;可以消除由声光调制器光强调制引起的相位误差,抑制激光束漂移引起的误差,以及减弱环境因素产生的噪声对测量结果的影响.     

连续相位板面形特性对远场分布的影响

惯性约束聚变(ICF)系统打靶对焦斑的大小及能量分布均匀性都有明确的要求,在连续相位板设计过程中要同时兼顾这两个方面。研究了连续相位板的面形与远场焦斑光强均匀性间的关系,从理论上推导了元件表面调制深度与焦斑尺寸的关系,并进行了定量计算。结果表明,焦斑半径随连续相位板的面形调制深度线性增加。鉴于连续相位板具有的随机特性,比较了不同相位板远场特性的区别,研究了面形调制深度对其光强峰谷值和均方根值的影响,结果表明不同设计的连续相位板,远场特性有较大的不同。当面形调制深度在5~15个波长时,焦斑具有较低的光强峰谷值和均方根值,连续相位板具有较好的束匀滑效果。