基于偏振锁相的双光束相干合成

多路光束的相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径.实验采用一种新型的偏振锁相技术,实现了对偏振方向相互垂直的两路光束的相位锁定和相干合成.研究表明该偏振锁相装置可将两束光的相位差锁定于0～2π之间的任意值且在较大振幅比情况下仍可获得大于90%的合束效率,是一种可定标放大的相干合成技术.     

光纤激光非相干合成效果分析

为了研究光纤激光的非相干合成特性, 建立了圆环状排布的光纤激光阵列光束合成模型, 模拟分析了单元光束束腰半径w₀、波前畸变和光束间距对非相干及相干合成远场光束质量的影响。讨论了多路激光平行性对非相干合成效果的影响, 并进行了相关实验验证。结果表明, 单元光束无波前畸变时, 当光束间距为d₀=2.8w₀时, 非相干与相干合成光束质量相等; 单元光束存在波前畸变时, 光束间距有所减小, 这是因为波前畸变对非相干合成影响更小; 对于非相干合成, 随着多路激光之间不平行度的增大, 非相干合成光束质量逐渐变差, 并且单元光束质量越好, 对多路激光平行性要求越高。该研究可为实际光纤激光合成系统设计分析提供参考。     

光纤激光器相干合成理论分析及模拟仿真

基于光纤激光器相干合成实验的需要,给出了基于双高斯光束理论的光纤激光器模型方程,并推导出了双高斯光束在空间位置的干涉模型。在此基础上,模拟仿真了空间距离,光束夹角,偏振特性,振幅之比,频率等因素对双高斯光束相干合成的强度分布影响,分析讨论双高斯光束的参数对相干合成效果的影响。     

多光束激光相干合成技术研究

在相干合成理论的基础上,建立了具有普适性的多光束激光相干合成数学模型,并通过计算机模拟了几种条件下多光束激光相干合成的强度分布情况,讨论了相干合成系统各参数变化对相干合成效果的影响.     

基于双色镜的2.3 kW光纤激光光束合成

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。     

双光栅非相干组束系统单光束耦合效率分析

为了保证组束激光的光束质量,在非相干光纤激光组束系统中再引入一个与之平行的衍射光栅.这种双光栅非相干组束系统的单光束耦合效率是单程耦合腔效率和光栅衍射效率的合成,通过理论分析和数值计算,结果表明在设定的组束参数下双光栅非相干组束系统的单光束耦合效率可以达到75.9%左右.     

光纤激光阵列相干合束的研究

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法。为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化。结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好。这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值。     

偏振误差对相干偏振合成效率的影响

为了进一步提高相干偏振合成的效率，采用数值模拟方式，对偏振误差的影响及系统的拓展性进行了分析，并计算了偏振误差在3种不同拓展结构下对相干偏振合成效率的影响。当偏振合束器的透过率和反射率分别是96%和99.5%、半波片的透过率是99.7%时，Y型结构16路光束的整体合成效率会在偏振误差增大到0.03rad时下降0.33%；随着合成路数的增大，合成效率逐渐降低，当光束拓展至128路时，Y型结构的合成效率将下降至83%。结果表明，光功率相对平衡的Y型结构具有最高的合成效率，同时受偏振误差的影响最小。该研究确定了系统的最佳合成方案，为基于相干偏振合成的效率分析提供了参考。     

光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场的影响

对光纤激光器相干合成系统中组束误差对远场光场分布的影响进行了数值研究,分析了输出单元占空比、位置误差和平行度误差对远场光场分布的影响。结果表明,输出单元占空比的增加只能提高中心光斑的能量,但无法改变中心光斑的平均光强;而位置误差会使远场光场中的旁瓣能量减弱,降低光纤激光器相干合成系统的转换效率。分析发现,位置误差的这种影响可以通过增加输出单元的占空比来减弱。最后,通过分析平行度误差对远场光场的影响,对光纤激光器相干合成系统中的平行度误差控制提出了建议。     

光纤激光相干合成与非相干合成的比较

对多路光纤激光输出光束进行合成是获得高功率、高光束质量的输出的有效方法.为了比较不同合成方案的远场效果,对聚焦发射的相干合成和非相干合成光束远场分布进行数值计算,从控制相位误差、光束抖动和阵列占空比等三方面对这两种方案的远场特性进行比较研究.计算结果表明,与非相干合成相比,相干合成能够在远场获得更高的能量集中度,但会受到光束抖动和阵列占空比的严重影响.和通常考虑的平行发射相比,聚焦发射体制对相干合成时相位误差的要求宽松了很多,相位误差均方根(RMS)为π/3时,半径为5.6 cm的圆桶内汇聚的能量仍大于完全相干合成情形下的90%.