强激光系统光束质量的非线性退化及补偿研究

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素,提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法,并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例,在系统中加入KDP晶体作为非线性介质,仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明,当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时,非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下,将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明,焦斑尺寸较优化前减小2.8μm,规范尺寸下的环围能量提高了16.2%,焦面处的光束质量得到显著改善。     

基于正解过程的Risley棱镜光束指向控制精度分析

为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据,对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先,以一级近轴近似矢量合成模型为基础,采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式;然后,结合单自由度轴系伺服控制经验,通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式,并由此获得了界定限判据;最后,分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析,获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明,本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。