纳秒级光脉冲多程放大物理模型研究

在纳秒级光脉冲多程放大研究中,Lowdermilk解析解仅考虑了增益完全恢复和完全不恢复两种极端情况.实际上,在脉冲间隔时间内放大器的增益恢复很可能介于完全恢复和完全不恢复之间.直接从速率方程出发,建立脉冲通量与激光上、下能级粒子数的相关方程,推导出上、下能级粒子数密度在脉冲与放大器发生相互作用时间间隔dT前后的递推关系,从而解决了增益不完全恢复问题.另外,把该模型的计算结果与Lowdermilk解析解和多程放大实验结果做了比较,分析了弛豫效应对能流放大特性的影响,并得到了比较准确、可靠的结果.     

原型装置主放光路稳定性实验研究

为了研究高功率固体激光器光束指向的漂移情况,根据原型装置打靶误差预算中各部分的权重,分析了主放光路输出光束允许的角度漂移误差,即主放输出光束的角漂不超过10.6μrad。实验中选取了其中的一束,主放远场测量系统在37min内共采集到了144发次的远场图像,在MATLAB编程中使用阈值法和重心法处理每帧远场图像,将光束的漂移量在x和y方向上分解,利用均方根的概率统计方法,计算得到了主放输出光束的角度漂移误差,x方向为3.47μrad,y方向为4.09μrad。实验结果表明,主放光路的稳定性达到了设计指标,能够满足打靶要求。     

激光波前功率谱密度与焦斑旁瓣的关系

基于波前功率谱密度(PSD)的定义,分析了采用功率谱密度方法研究中频波前畸变与焦斑旁瓣关系的可行性。由于任意形状的波前畸变都可以由不同空间频率的正弦函数叠加组成,以正弦函数波前为例进行功率谱密度分析和远场分析。分析表明,当中频波前畸变的幅度满足一定条件时,远场二级以上的衍射非常低,可以忽略不计,此时波前功率谱密度与焦斑旁瓣具有非常好的相似性,并且这种相似性仅与中频波前畸变的幅度有关,与空间频率无关。最后还用数值模拟的方法验证了这个结论对叠加后的结果仍然成立。研究结果可以用于设计满足惯性约束聚变(ICF)驱动器打靶对焦斑旁瓣要求的光学元件中频段波前畸变指标。     

紫外激光脉冲的光纤传输特性研究

为了满足大型激光系统对紫外激光脉冲时间波形测量要求,采用紫外单模光纤进行传输取样的方法,理论分析了紫外脉冲在光纤中的线性传输特性,对影响脉冲波形测量的因素进行系统评价;并测试了紫外激光脉冲经过单模纯石英光纤传输后的脉冲波形。结果表明,对于纳秒、亚纳秒量级的紫外激光脉冲,单模紫外光纤是一种较好的传输介质;考虑到光纤损耗及探测器灵敏度限制,紫外光纤不宜作长距离传输。研究结果对高功率激光装置紫外光脉冲时间波形测量提供了理论和实验依据。     

自聚焦激光束光束质量评价的功率谱密度方法

在高功率激光系统中，介质的非线性折射率引起的小尺度自聚焦效应将会带来对光束相位和强度分布的影响，增加光学元件遭受成丝破坏的风险。产生光束小尺度纹波调制的机制分为两类：振幅和位相调制。振幅调制引起的光束自聚焦是造成介质损伤的主要因素。根据小信号的Bespalov-Talanov理论，只有特定空间频率(或称为模式)的调制具有最快的增长速度，其增长幅度可以用B积分参数来描述。目前，有关光束的自聚焦成丝已经引起了激光器研制人员的重视。     

光学元件损伤在线检测图像处理技术

针对光学元件损伤图像中损伤区域的高精度检测问题,对内全反射照明下光学元件损伤图像的处理技术进行了研究。根据在线检测图像中损伤区域中心峰值的信号强度高于局部背景的信号强度这一特点,利用高斯滤波器生成待检测图像的局部信号强度比图像,实现了对损伤区域的低漏检率自动定位;根据CCD的成像原理,利用辐射标定的方法建立起损伤区域的尺寸与其在图像中总灰度的关系方程,实现了损伤区域的亚像素高精度尺寸测量。实验结果表明,与传统的光学元件损伤图像处理算法相比,本文提出的算法在保持低漏检率的同时大大提高了损伤区域的测量精度。     

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。     

Final optics damage online inspection in high power laser facility

For the laser-induced damage (LID) in large-aperture final optics, we present a novel approach of damage online inspection and its experimental system, which solves two problems:classification of true and false LID and size measurement of the LID. We first analyze the imaging principle of the experimental system for the true and false damage sites, then use kernel-based extreme learning machine (K-ELM) to distinguish them, and finally propose hierarchical kernel extreme learning machine (HK-ELM) to predict the damage size. The experimental results show that the classification accuracy is higher than 95%, the mean relative error of the predicted LID size is within 10%. So the proposed method meets the technical requirements for the damage online inspection.     

基于共轭反射的高功率激光装置脉冲同步测试技术

提出一种基于共轭反射的高功率激光装置靶点时间同步测试方法。首先在靶点两侧放置一对相互平行、相对靶点距离相等的反射镜,在反射镜关于靶点的共轭像点处放置两个高速光电探测器,随后将靶室上下两个半球入射到靶点的激光分别反射到共轭像点的两个光电管上,光电管输出波形信号的时间间隔即为待测光路之间的时间同步差。该测试方法具有操作简单、测试效率高等特点,已成功应用于高功率激光装置多路激光时间同步的精密诊断。     

大口径融石英光栅反射衍射的SBS损伤分析

为了分析大口径融石英光栅反射衍射导致的受激布里渊散射(SBS)损伤,建立了光栅的设计分析模型,计算了光栅从1到6级次的反射衍射角、焦距及效率;根据SBS原理分析了未施加相位调制和施加相位调制下融石英光栅反射衍射的SBS增益及强度,并结合工程实例验证了该分析结果的可靠性。实验结果表明:在未施加相位调制时,融石英光栅反射衍射的SBS强度大,元件损伤严重,寿命短;施加相位调制后,光栅反射衍射的SBS增益大幅降低,SBS强度小于融石英的损伤阈值,元件寿命得以显著延长。在实际的高功率激光系统中,必须施加相位调制以抑制光栅反射衍射的SBS损伤。