高功率激光反射镜热畸变补偿结构设计与仿真

为了研究激光反射镜热畸变补偿结构的设计,在分析激光腔镜热变形行为的基础上,采用优化镜体结构,提出了一种减少入射激光光斑区域镜面热畸变的途径——热畸变自补偿激光反射镜,并与普通硅镜的热变形情况进行了比较.结果表明,当反射镜反射率为98%、入射激光功率为7kW、激光照射时间分别为2s,4s和10s时,普通硅镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.167μm,0.174μm和0.172μm;而热畸变自补偿激光反射镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.092μm,0.052μm和0.027μm.该研究结果对提高高能激光腔镜热效应稳定性、改善高能激光光束质量具有一定参考价值.     

基于数学形态学的微位移测量方法的研究

用CCD摄像传感器摄取激光干涉图纹,采用Visual C^ 编程,对干涉图像用反高斯变换的光强平均分布的快速处理,保证干涉图纹信息的完整性;同时运用数字图像处理学中的LOG算子对干涉图像进行边缘检测,用数学形态学中的零交叉细化处理方法对干涉条纹进行细化处理,从而测量出引起条纹相位变化的微位移,其精度可达1／100的条纹间隔。可实现光学亚μm和nm尺度的测量。     

强激光反射镜热变形的瞬态特性研究

利用2 kW CO2激光器作为激光照射源,用测量精度为±0.03 μm 的Twyman-Green干涉仪、CCD摄像技术、计算机数据采集与处理系统,对硅镜在强光照射下不同时刻的热变形进行了实时测量和数据处理,得到了在不同激光照射时间下镜面热变形的干涉条纹序列图以及给出了热变形量随激光照射时间的变化实验曲线.实验结果显示:在实验用硅镜直径Φ78 mm,镜面厚度为10 mm,镜面对10.6 μm CO2入射光的反射率为63%;净吸收激光功率为140 W,激光辐照时间为4 s的条件下,硅镜最大热吸收变形量为0.46 μm,约为1.315 μm COIL激光波长的1/3,是导致COIL激光器在出光过程中光束发散角增大和光轴漂移的重要原因之一.(OH2)     

激光器腔镜变形分析及热管冷却方法研究

激光器运行中,腔镜的变形造成激光输出功率下降和光束质量变坏,大大制约了高功率激光器性能的提高。通过对激光器腔镜吸热产生的热变形及冷却流体对镜片压力变形分析,提出了热管冷却腔镜的方法,介绍了热管冷却原理和热管在导热方面的优点,设计了热管冷却腔镜方案,为有效控制强激光系统中镜片表面变形提供了有效途径。     

星载激光通信光学反射镜镜面热变形及其对光学系统影响的研究

在在轨运行的热环境条件下,星载激光通信端机光学反射镜镜面的热变形会对空地激光通信链路性能产生严重影响。本文利用有限元分析软件ANSYS建立了星上激光通信端机光学反射镜的有限元模型,并对镜体在压圈固定方式与压板固定方式下的热变形进行了仿真。利用ZEMAX光学仿真软件就镜面的变形对光学系统产生的影响进行了分析。仿真结果表明,反射镜面的热变形将导致传输光束扩展、波前畸变,这些影响会使探测器接收功率降低,从而恶化空地激光通信链路的性能。因此为了建立稳定高效的空地激光通信链路,必须在镜面材料选择、镜体应力释放方式、镜体大小选择等方面进行合理设计。     

主动冷却式一维变形镜技术研究

根据高能固体板条主振荡功率放大(MOPA)激光放大器系统输出矩形光束在增益介质长度方向波前畸变的特点,针对性地研制了在一维方向上进行波前畸变校正的新型波前校正器,即一维变形镜(DM1D)。通过仿真模型对镜面厚度及粘接面形状等技术参数进行优化,设计了一个具有11通道的主动冷却型一维变形镜,全口径静态面形峰谷(PV)值为0.17μm,校正动态范围不小于5μm。采用主动冷却技术,使镜面在8 k W/cm2功率密度激光长时间照射情况下温升小于1℃,保持了强光作用下镜面面形的稳定性。在闭环校正试验中,光束质量β因子均值从8.82提高至4.38,有效地校正了光束波前畸变,验证了该一维变形镜在MOPA激光系统中的实用性。     

高功率CO2激光作用下硅镜热畸变的动态过程研究

以光学干涉方法,实验研究了在CO2激光束入射在硅镜上,硅镜热畸变的动态过程。在变形之初,硅镜镜面的位移量变化迅速。对于一面70mm,厚8mm的硅镜,吸收激光功率140W,作用时间4s时最大挠变形0.76μm.这对于高功率短波长激光器而言是不可忽略的。     

基于变形镜热形变预估模型的自校正效果分析

在波前校正过程中,变形镜(DM)在强激光连续辐照(CW)下会产生热形变,进而对入射光引入附加波前畸变,从而制约了变形镜的波前校正效果,致使光束质量改善效果变差。从变形镜热形变面形的Zernike多项式分解出发,建立了强激光连续辐照下变形镜的热形变预估模型,根据预估所得的热形变面形,模拟计算得到了变形镜的驱动器控制信号参数,进而驱动变形镜对其自身的热形变面形进行了实时补偿。仿真结果表明,该自校正方法能有效补偿变形镜自身的热形变面形,减小变形镜热形变对其校正能力的影响;采用局部换热方式只能在一定程度上减小变形镜形变面形引起的平移相差和离焦相差,对光束质量的改善效果也比较有限,而该自校正方法能有效减小热形变引起的光程差,从而对光束质量起到明显的改善作用。     

空地激光通信星载光学天线在太阳阴影区的镜面热变形有限元分析

对高真空空间热环境中,在轨运行于太阳阴影区内的空地激光通信星载光学天线镜面热变形进行了有限元分析。结果表明;镜面内凹,镜体在Z轴方向的变形位移量随温度的降低呈现非线性增加趋势,由于变形位移量变化在不同取样分析点上以及在不同温度条件下并不完全相同,经此热变形镜传输的激光束将产生波前畸变及光斑移位,严重地影响光束质量和传输特性;镜面热变形同时导致镜面法向偏转,使得经其反射的光束产生较大的指向偏转误差,在本文分析参数条件下的镜面法向偏转（平均值）可达18．65μrad。     

基于MEMS技术的分立式微变形镜校正能力研究

针对基于微型机电系统技术的分立式微变形镜,从镜面面形特点出发分析了方形和蜂窝形阵列变形镜适配能力,并利用ZEMAX软件建立畸变波前和变形镜模型,仿真分析两种分立式微变形镜的校正能力.研究表明在近似子单元数情况下,蜂窝形阵列微变形镜对畸变波前的校正能力更好.     

激光全息干涉条纹的计算机数字图像处理

本文就激光全息干涉条纹的背景噪音的消除、图像对比度增强的技术与方法 ,进行了研究与探讨 ,从而实现对全息干涉条纹进行细化 ,获得清晰的易于计算机辨读的细化条纹     

侧面抽运板条激光介质动态热畸变测量方法

研究了基于干涉测量激光介质热畸变的原理,利用CCD摄像机记录干涉条纹并通过计算机图像处理,来测量板条激光介质动态热畸变的方法。对采集得到的干涉条纹进行图像处理,提出了一种简单快速提取条纹中心的算法。通过分析、计算干涉条纹的移动,得到抽运过程中板条激光介质的动态热畸变情况,为动态补偿激光介质热效应提供了可能。实验采用了N31磷酸盐激光玻璃作样品,得到了加热过程中激光玻璃内部的温度分布,误差约为3%,验证了该测量方法的可行性。     

细化算法在舰船热尾流红外图像处理中的应用

在数学形态学的基础上,运用8种结构元素模板对图像进行击中匹配迭代运算,不断剥落图像边缘点,从而得到热尾流边缘的中心骨架,达到细化的目的.最后将细化处理技术应用于舰船热尾流红外图像增强处理中,进一步改善了图像质量,锐化了舰船热尾流的边缘,为红外探测潜艇提供了科学的水面热轨迹情况的依据.     

一种新的激光方位探测系统设计

通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析,提出了一种新的激光方位探测方案。介绍了本方案的数学建模原理,给出了其实现系统,它由6个光学劈尖构成的激光方位探测光学窗口和探测电路组成,通过测量光学劈尖上干涉条纹的间距精确地探测出入射激光方位和波长。测试结果表明,该方案具有探测精度高、反应速度快等优点。     

采用四象限探测器检测干涉条纹正交信号的新方法

将四象限探测器应用于激光干涉的测量领域,提出一种检测激光干涉条纹正交信号的新方法.利用四象限探测器的探测区域象限化特征,以及干涉条纹在探测单元内的矢量叠加原理,实现了干涉条纹的正交信号检测.实验表明,通过改变四象限探测器的旋转角度,可以简便地检测到条纹的正交信号.当检测不同周期的干涉条纹时只需旋转四象限探测器至适当角度,就可检测到相应周期干涉条纹的正交信号,并且采用了差分技术处理信号,从而有效地抑制了外界环境产生的噪声.与传统检测方法相比具有易于操作、抗干扰能力强等优点.     

多脉冲激光对超薄水冷金属镜引起的热畸变特性研究

利用ANSYS有限元分析软件数值模拟了多脉冲激光作用下水冷铜基Ni/Au反射镜的热畸变特性.得出了在不同能量的多脉冲激光照射下的温升、热应力及热变形分布,并在此基础上分析了温升和热变形随横向距离的变化规律以及应力与沟槽布局的关系.计算结果表明:循环的冷却水有效地降低了镜体温度,减少了镜面的热畸变;沟槽的布局对应力有一定的影响,沿沟槽方向存在较大的Von Mises应力.     

变形镜热形变及其对光束质量的影响分析

在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下,利用ANSYS有限元分析软件,建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下,变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明,在使用有限元软件进行分析时,高反膜系的非均匀吸收不可忽略;变形镜极头间距越窄,热形变带来的波前畸变空间频率越高;当入射波前峰谷(PV)值与变形镜热形变面形PV值相差不大时,热形变带来的影响最明显;在总吸收能量一定的情况下,入射激光功率越大,热形变对光束质量的影响越明显。此外,针对不同的换热条件,讨论了变形镜热形变对光束质量的影响,进而针对热形变的产生机理,提出采用局部换热方式降低变形镜的热形变。     

用投影全息干涉条纹测量物体三维面形

在以往投影测量三维面形的装置中,其产生激光干涉投影条纹的装置较大,且干涉条纹较容易受外界的影响而漂移和抖动,影响测量结果精度的提高,本文提出用离轴全息干涉条纹替代投影法的激光干涉仪投影条纹,并将其用于实际测量中,实验结果表明：该方法产生干涉条纹的装置简单,且不受外界振动的影响,光能利用率高,易于移相和解调,这使得三维形貌检测精度高、速度快、实用性更强。     

自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准误差的测量方法

提出了一种可以实现自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜对准的方法.该方法通过给用来做标记的驱动器施加电压来表征变形镜的位置,利用哈特曼探测变形镜镜面面形的斜率分布信息获取驱动器的准确位置,并据此计算哈特曼传感器和变形镜之间位置失配,为二者的自动对准提供依据;阐述了该方法的对准原理,推导了哈特曼和变形镜之间位置失配计算公...     

高功率激光反射镜变形的半导体致冷补偿的研究

激光谐振腔中的反射镜在激光作用下其镜面产生变形，使反射镜面偏离原设计要求。实验表明，半导体致冷铜镜和硅镜可以很好地补偿激光热变形，使反射镜在承受激光功率的时候，其镜面面型保持不变。此外，半导体致冷镜还有无压力变形、致冷量可控、致冷均匀等优点。