高功率激光系统中缺陷引起的近场调制分析

高功率激光装置中通过测量光束强度分布来评价近场光束质量。然而测量结果为一稳态分布,并不能真实反映经噪声扰动后光束的强弱调制演变特性,可能会忽略传输过程中存在的调制较为严重的区域。针对此问题着重研究了光束经噪声扰动后的近场传输演化特性,进而对近场分布测量的局限性进行深化理解和补充。同时,为简化分析单因素局部缺陷影响下不同传播距离处的近场分布变化规律,引入等效菲涅耳数来表征近场强度调制特性。结果表明,当实测近场分布中存在较弱调制信息时,测量位置之前可能存在更为严重的调制区域。以调制为π的相位型缺陷为例,其最大调制相对于入射光强度可增大9倍。     

液晶空间光调制器与相干光波前实时变换

介绍了一种利用纯相位调制液晶空间光调制器进行波前相位实时变换的方法,可将相干平面波变换成任意期望的波前。该方法采用由伪随机编码产生初始相位矩阵的相位恢复优化算法,从期望的远场衍射图形得到液晶空间光调制器所在衍射面的相位分布,当单色相干平面波通过液晶空间光调制器时,利用液晶空间光调制器纯相位调制特性复现该相位分布,在远场产生期望的衍射图形。实验验证了上述波前实时变换的可行性。     

液晶闪耀光栅中的指向矢二维分布与特性研究

在连续弹性体理论的基础上,采用差分迭代数值分析方法仿真模拟了液晶闪耀光栅中的液晶分子指向矢二维分布情况。利用液晶的电控双折射特性,对液晶光栅电极施加经过插值计算以及修正后的周期电压,使之形成光程差阶梯形分布,具有二元光栅结构的液晶闪耀光栅。得到了液晶光栅的光程差以及相位延迟曲线。通过实验,采用四分之一波片法作出了相位延迟随电压的变化关系曲线,验证了仿真结论,给出了周期电场分布的液晶闪耀光栅在正交偏光下的显微照片。     

光学相位分布曲面的自适应调制系统

液晶调制器件的相位分布一直无法实现精确的区域表征,同时相位分布曲面的驱动电场也只能通过间接光学调制结果进行调整,因此我们构建了一种相位分布曲面的自适应调制系统。通过将相位深度转换为透过率,并经过高分辨率探测器件的灰度测试,可以得到精确的区域相位深度信息。系统将实际的相对透过率分布曲面与预期中理想的相对透过率分布曲面做比较,代入自适应算法得到新的电压信号,形成自动化的闭环控制环路。针对迭代调试复杂的问题,通过自适应调制系统大大减少相位调制过程中的时间,提升相位分布的调制精度。可广泛应用于液晶光栅和液晶透镜等电控相位调制器件。     

结合高位深相位光栅图的LC-SLM标定

为了提高对液晶空间光调制器（LC-SLM）的校准精度,采用高位深相位光栅图对LC-SLM进行了标定。在LC-SLM上加载16位深度相位光栅图,并使光束经LC-SLM调制后生成衍射光斑;测量衍射光斑中心光强,经过计算分析得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系,最终得出针对488nm激光的LC-SLM标定LUT文件（LUT16）。结果表明,在LC-SLM上加载0~2π涡旋相位,并结合LUT16文件调制光束可以得到光斑质量很好的中空光斑,这与结合LUT8文件调制的中空光斑相比,光斑质量从0.53提高到0.76,提高了1.43倍。针对特定波长,利用高位深相位光栅图标定LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载相位对光束进行有效调制,且调制效果优于结合LUT8对光束进行调制的结果,对LC-SLM的校准精度得到提高。     

基于激光相控阵原理的相位调制器半波电压测量方法

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标, 针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题, 提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法.通过理论分析, 得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式.搭建了12 全光纤激光相控阵光路, 对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量, 改变相位调制器的加载电压, 记录多幅远场光强分布图, 通过求平均值减小测量误差, 而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线.结果表明, 该方法测量装置简单, 不仅可以精确地测量半波电压, 还可以对相位调制线性度进行分析, 具有重要的工程应用价值.     

一种朗琴尺型激光光束参量测量仪

针对气体激光器细光束的尺寸参数的工业测量和质量控制，提出一种朗琴栅尺扫描ＴＥＭ００基模高斯激光光束的测量分析仪。所研制的仪器可以测量分析光斑１／ｅ２直径、横场分布和调制对比度等光束参数，特别是可以在近场测定１／ｅ２光束远场发散角。描述了该仪器的基本原理、结构及测量结果。     

拍瓦级激光参数测量中脉宽测量可靠性分析

高能拍瓦激光的高精度脉宽测量对离轴抛物面镜焦斑功率密度的诊断以及光栅损伤阈值的分析都具有重要意义。分析了光束指向性和近场分布的周期性调制这两方面的误差影响。结果表明,当反射镜稳定性在5μrad时,光束指向性的误差最大为0.03%。当近场调制周期增加时,误差降低;而调制度增加时,误差增大。另外,采用镜像结构能降低近场缺陷导致的测量误差。当调制深度为1.5、调制周期大于10时,综合误差小于20%,最小可降至10%。镜像结构的误差均小于15%,最小可降至0。在拍瓦级激光脉宽测量实验中,证实了近场调制对于脉宽测量的影响及改善效果。     

高功率准分子激光参数测量研究

介绍了对高功率XeCl准分子激光MOPA系统中前三台激光器的输出激光进行的参数测量.实验分别对MOPA系统的前端输出种子光及其经过一级、二级、三级放大后所得激光进行了测量,研究包括采用哈特曼波前传感器对激光近场波前的测量和采用激光光束分析仪对激光远场光强的测量两个方面,分别得出激光的近场相位均方根误差和不同光斑尺寸定义下的远场发散角等实验测量结果,将实验结果与系统设计值进行比较分析,从而对激光器系统输出激光作出评价.     

液晶空间光调制器用于光束偏转控制的衍射效应

液晶空间光调制器(LC-SLM)能实现光束动态偏转,而它的像素结构以及相位回卷方法造成的衍射效应使其光效率降低.通过数值仿真和实验分析了像素结构造成的衍射效应,给出了像素填充因子和衍射效率的关系.利用256 pixel×256 pixel的液晶空间光调制器构建动态光束偏转实验装置,使入射光束偏转不同角度时测量远场光斑强度,得到衍射效率随光束偏转角的变化关系.理论分析与实验结果表明,填充比越小,像素结构造成的衍射效应越强,衍射效率降低;当填充比为0.85时衍射效率的测量值仅为51.3%.相位回卷方法使液晶空间光调制器形成类似闪耀光栅结构,随着光束偏转角度的增大,衍射效率降低.     

液晶光栅相控阵偏转波前测量方法研究

为了测试相控阵激光雷达的关键器件液晶光栅相控阵的偏转光束波前,以监控和评价雷达扫描光束的质量,采用带有光束变向功能的径向剪切干涉测量方法,进行了理论分析和实验验证,取得了口径为10mm×10mm的偏转波前测试系统与商用WYKO干涉仪的比对测试数据。两种仪器对同一块平面样板测出的波前之差的峰谷值小于λ/20,均方根值小于λ/200,还取得了实测液晶光栅相控阵不同偏转光束的波前数据。结果表明,该方法可以对液晶光栅相控阵的偏转波前进行高精度测试。     

星间激光通信中的波前传感技术

星间激光通信系统要求发射的激光光束具有高度的平行性。光学衍射极限是光束在有限孔径下所能达到的最小发散度，此时波面具有大约0．3λ的波面相差。针对星间激光通信波面检测领域，较全面地总结了各类现有检测方法及特点，并给出了一种新颖的互补剪切干涉法的结构与应用实例，最后针对星间激光通信光束波面检测的可行性进行了比较。     

高功率激光束光束质量的数值评价方法

为估计１０＾１２Ｗ高功率激光器的光束质量，本文采用最小二乘法对已重构的波前曲面进行球面拟合，得到相对应的无波像差参考波前。利用无波像差参考波前的曲率半径计算出高功率激光光束的衍射角，由有畸变波前与无波像差参考波前的波像差估算出激光束的Ｓｔｒｅｒｈｌ比，从而给出了评价高功率激光系统光束质量的定量结果。     

Active U-turn electrooptic switch formed in patterned holographic polymer-dispersed liquid crystals

We have developed an active U-turn device by spatially patterning two identical holographic polymer dispersed liquid-crystal gratings. In the field-OFF state, the holographic planes of both gratings are slanted such that the angle of the diffraction beam is beyond the total internal reflection angle of the air-glass interface. The diffraction beam is "trapped" in the device until diffracted by the second slanted grating. In the field-ON state, the holographic grating is "erased" and the incident beam propagates directly through the sample. The index modulation is determined to be 0.059 /spl plusmn/ 0.006 at 1.55 /spl mu/m. Low switching voltage and sub-millisecond response times are reported.     

新型二元纯位相型波分复用器

应用杨-顾算法,只用两块纯位相片H_1和H_2来代替透镜、光栅等分立元件,提出一种新型纯位相型波分复用器件,H_1位相片的作用是使输出面H_2上强度分布达到设定所要求的那样,8个高斯子波按不同波长依次排列分布在不同位置,相互之间串话尽可能最小;H_2位相片的作用是对输出平面上强度满足要求的出射光进行相应调整,使其最好地耦合到各接收通道,单纯由纯位相调制的方法,来实现解复用器件分光、聚焦等综合功能.     

内通道轴向风速对强激光相位特性的影响

针对内通道传输过程中激光束相位特性的变化,建立了内通道中光场-流场的耦合仿真模型,通过引入湍流相位屏模拟了内通道中湍流扰动对传输光束波前相位的影响。在此基础上,定量计算了不同轴向风速条件下内通道传输光束的波前相位特性,并结合自适应波前校正模型,分析了激光束经内通道传输后的波前校正效果。研究结果表明,随着轴向风速的增大,激光束波前相位中的高频成分呈现出先增大后减小的趋势,经自适应波前校正后的光束质量也呈现出类似趋势,且当轴向风速约为0.65 m/s时畸变波前中的高频成分最多,经波前校正后的光束质量最差。该模型能够为激光控制系统的设计和性能评估提供一定参考。     

Saturation-induced phase distortion in laser amplifiers

The effect of refractive index changes, caused by nonuniform saturation of the laser medium, on the wavefront of a beam propagating through a laser amplifier is considered. A number of examples of wavefront distortion are included. The effect of saturation-induced phase distortions on beam divergence and frequency modulation is discussed.     

Hartmann—Shack传感器在光束质量测量中的应用

Hartmann-Shack探测器是广泛应用在适应光学技术、光学加工检测及激光光束质量检测等方面的一种新型波前探测技术。本文在介绍了Hartmann-Shack传感器原理的基础上,着重讨论了它在激光光束质量测量方面的应用.     

利用Zernike法进行激光小尺度畸变波前的重构

提出利用阵列菲涅耳波带片作为波前分割传感，采用Zernike模式法进行高功率系统激光束小尺度相位畸变波前重构方法。通过数值模拟讨论了畸变波前的纹波尺寸因子、畸变波前的幅度大小对波前探测重构的精度影响，并得到小尺度畸变波前重构的Zernike的优化价数。