林肯实验室的自适应光学研究

自适应光学是一种实时测量和校正光象差的技术。它特别适用于大气补偿－即校正光在通过大气传输时所产生的象差。２０余年来，林肯实验室一直在自适应光学研究方面处于领无地位，完成了多种创的大气补偿试验，包括：第一次高能激光束热晕补偿试验，第一次地面对间的激光束传输补偿试验，和第一次彩 人工信标的补偿试验，本文介绍了大气补偿自适应光学的基本概念，并简略介绍林肯实验室２０余年来在这一领域的工作。     

全息位相光栅的分辨率和光束强度分布

本文对λ/4的波象差与光栅的分辨率之间的关系作了理论上的详细分析。为了保证波象差在λ/4之内,对制造全息位相光栅的光束强度分布状态提出了一定的要求。     

光传输模拟计算

利用自相似传输模计算激光束通过空间滤波器以后的光场分布以及象差光束的可聚焦功率,给出了象差光束的焦体分布。计算精度达1％。     

全息光学系统设计

本文对全息光学系统的设计方法及全息光学元件的象差补偿等问题进行了研究.在此基础上,建立了全息光学系统的设计程序模型.文中对全息透镜的性能参数确定、全息光学系统的光线追迹、象差补偿及全息光学系统的象差自动平衡等问题都做了简要说明.     

激光束经凹球面反射镜偏转发散后光斑大小的近似计算

本文采用几何光学方法，导出了激光束经凹球面反射镜偏转发数后在垂直于入射激光束对称轴平面上的光斑大小计算公式。对焦距f满足πωo^z1/λf≥1或Z1/f-1≥1的短焦距凹球面反射镜，用本文的结果，可以估算激光束经此凹球面镜偏转发散后在垂直于入身激光束对称轴平面上的光斑位置、大小及平均功率密度。     

片状放大器的静态畸变对激光束质量的影响

用三平板同轴全息干涉仪,研究了通光口径为φ100mm片状放大器的静态畸变对激光束质量的影响。静态畸变主要包括:材料的不均匀性、钕玻璃片表面加工面形不平度和钕玻 璃片由装校引入的形变应力等所产生的波象差。在片状放大器中,钕玻璃片的尺寸比实际通光口径大一倍,因而由装校引入的形变所产生的波象差往往较大,它对激光束方向性的影响很少被人重视。我们用三平板同轴全息干涉仪分别拍摄了He-Ne激光通过无片和有片的片状放大器的全息图,经复元后可计算出静态畸变产生的波象差。材料和加工面形的波象差为定     

专利

美国密尼苏达大学的J.R.Leger等人发明一种用于激光谐振腔的相位畸变补偿元件。这种元件补偿激光相位畸变的方法是激光器发出第一和第二光束,第一束光通过第一个激光束补偿元件,对激光束通过第一个元件产生的相位畸变进行补偿。第二激光束通过第二激光元件产生的畸变进行补偿。两束通过相位补偿的激光束合成产生相干图形。产生表示干涉图形的夏杂的相位共轭函数。把表示复杂相位共轭的图形加在相位畸变补偿元件上,因此大大地降低了激光束的相位差。(美国专利号:5627847)     

激光全息球面干涉仪

介绍一台采用全息象差补偿板的激光全息球面干涉仪。叙述了仪器结构及应用,并对全息象差补偿原理和实时干涉法中全息图的复位等问题做了简要讨论。     

校正会聚光束中布儒斯特角窗口的象差:一种简易方法

Wood等人最近的一篇文章叙述了在会聚激光束中使用布儒斯特角窗口的结果.正如报导的那样,因倾斜平板而引入了球差、彗差及象散,结果导致了比衍射极限所限制的焦点更大的焦点尺寸.图1示出了输出会聚激光束中一种典型的布儒斯特角窗口.Doherty的文章描述了校正会聚光中分束器象差的一种简易方法.     

采用声光偏转器(AOD)的高速激光束扫描

我们在理论上和实验上研完了用声光偏转器(AOD)的高速激光束扫描的圆柱透镜的效应。结果,在高速激光束扫描过程中,发现了静态和动态圆柱透镜效应。为实现高速激光速扫描,圆柱透镜补偿是非常重要的。这种补偿的实例是改善电压-频率变换器以及在AOD后用一个圆柱透镜。利用这样的补偿方法,可抑制焦点位置对标称焦平面的偏离,若斜波信号频率为20kHz,当激光束以10m/s的扫描速度在焦平面上扫描过300μm时,可使焦点位置与标称焦平面的偏离保持在4μm以     

超连续谱激光光束质量评价及提升方法

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手：一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。     

SBS相位共轭技术在强激光-振放系统上的应用

对SBS相位共轭技术应用于强激光振放系统(masteroscillator power amplifier,MOPA)系统的研究工作进行了回顾,介绍了几种用于放大级畸变修正、退偏补偿、激光束并束的典型实验方案,指出了SBS相位共轭技术应用于MOPA上的一些可能的发展方向。     

A two-channel repetitively pulsed Nd:YAG laser operating at 25 Hzwith diffraction-limited beam quality

A two-channel, repetitively pulsed laser was studied. The main features of this laser were the compensation of aberration and polarization distortions in Nd:YAG crystals and the summation of two channels of radiation into a single diffraction-limited beam with a pulse energy up to 5 J     

光学系统中白宝石分光镜的热变形像差分析

以光学系统中的白宝石分光镜为研究对象,利用有限元方法和Zernike多项式对其热变形像差进行了计算和拟合,分别对入射激光的反射相移和信标光的透射相移进行了研究和分析。入射激光的反射相移的主要像差为离焦项;信标光的透射相移的主要像差包含离焦项和主球差项,而主球差的引入主要是由于在激光入射区域边界上轴向温度分布的不均匀性。利用像差比率γnm直观反映入射激光的吸收功率与反射激光和透射信标光的像差的关系,对入射激光而言,其离焦比率γ20=0.0393;对信标光而言,其离焦比率γ20=-0.0011,主球差比率γ40=-0.0033。     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用

卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。     

激光轨道角动量态的湍流倾斜、像散和慧差效应

为了分析斜程大气信道中湍流像差对激光束轨道角动量态的作用,数值研究了湍流z-倾斜像差、湍流像散和湍流慧差对激光束轨道角动量态测量概率的影响,得出了此3种湍流像差随折射率结构常数、传输距离和天顶角起伏影响光束轨道角动量态测量概率的规律。结果表明,随着地面湍流强度增强、信道长度增长和天顶角的增大,湍流z-倾斜像差使激光束原轨道角动量态的测得概率进一步降低,湍流慧差仅在天顶角增大时才出现激光束原轨道角动量态的测得概率进一步降低现象,湍流像散对激光束原轨道角动量态测得概率的影响随此3参量变化时基本不变。     

Asymmetric ${rm TEM}_{00}$-Mode Cavity for Birefringence-Compensated Two-Rod Solid-State Lasers

An asymmetrical two-rod Nd:YAG laser system was investigated theoretically and experimentally in a cw-operated ${rm TEM}_{00}$-mode cavity. A revised birefringence compensation condition is presented considering the thickness of the 90 $^{circ}$ polarization rotator. By means of equivalent thermal lens of the two rods, the roles of the two arms of the cavity are discussed. The asymmetrical cavity results in twice larger output power and lower misalignment sensitivity of the mirrors than the symmetrical cavity. 61 W linearly polarized output with $M^{2} =1.6$ was obtained experimentally, which is the state of the art for a lamp pumped laser. Cavity mirrors misalignments and thermal induced spherical aberration have great influence on the performance of the resonator such as diffraction loss and beam quality. Beam filling factor turns out to play an important role in reducing their influence. The design of an asymmetrical resonator for birefringence compensation is useful also for high power diode pumped solid state lasers.      

椭圆高斯光束的衍射和象差

从惠更斯－菲涅耳原理出发,采用数值积分方法分析了会聚椭圆高斯光束焦点附近的三维光分布状态,讨论了按照均匀光波球差最佳校正形式对椭圆高斯光束进行象差平衡时的中心点亮度变化,研究表明,在工程实际中,采用普通光学系统的象差平衡理论对半导体激光光学系统进行设计是完全可行的。     

激光光学系统设计中球差对像方束腰的影响

文章主要针对激光光学系统设计中存在的球差对高斯光束像方束腰半径的影响进行了详细的讨论，并给出了具体关系。同时以曲线的形式分析了当物方束腰的位置和光学系统焦距变化时，由球差引起的像方束腰半径变化量也随之改变。最后通过激光羽烟衰减测试系统中聚光光学系统的设计实例说明了球差对高斯光束像方束腰的影响。