平顶高斯光束相干合成在大气湍流中的传输

光束合成是将多个激光器的输出光束在远场叠加起来,从而实现高功率、高光束质量的激光输出,因此在遥感、跟踪、远距离光通信等领域中具有广泛的应用前景.研究了一维线阵平顶高斯光束的相干合成在大气湍流中的远场传输特性及能量集中度,推导出合成光束的光强传输及桶中功率、二阶矩束宽解析式.研究表明,合成光束随着传输距离的增加,最终演化...     

一种产生平顶光束的新方法:厄米-高斯光束的合成

提出了用多束厄米-高斯光束相干合成产生平顶光束的方法。借助Wigner分布函数和强度矩方法推导出在普遍情况下合成光束M^2因子和K参数的解析公式。研究结果表明，通过适当选取厄米-高斯光束的参数，在某一传输平面可以得到平顶的光强剖面。给出了数值计算例以说明合成平顶光束的特性。     

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.     

高阶平顶高斯光束阵列在自由空间中的相干合成

高阶平顶高斯光束在自由空间传输过程中,光强分布经历了三种状态:平顶高斯分布,平顶高斯中心凹陷分布,高斯型分布.通过对前两种状态相干合成光强分布特点进行模拟,研究了光束阵列结构、种子光束阶数、传输距离等因素对相干合成的影响,并用桶中功率对相干合成的光束质量进行了评价.结果表明:两种状态下相干合成都可以变为高斯光束,不过中心光强和光束半径的变化趋势不同.在一定条件下,阵列环上光束数量越多,相干合成光束的效果越好.     

强激光的计算模拟:平顶高斯光束模型

基于广义惠更斯－菲涅耳衍射积分,将平顶高斯光束作为一个整体光束,对其基本性质和变换特性作了统一研究。推导出了平顶高斯光束通过有线性增益（损耗）的近轴ABCD光学系统、无光阑和有光阑ABCD光学系统后解析形式的传输方程。对平顶高斯光束的相似变换以及与超高斯光束的一致性也作了分析。所得结果对强激光的模拟提供了一个有用的计算模型。     

双光束偏振合成实验研究与探讨

为了降低在大功率注入情况下热效应对激光效应的影响，提高激光输出的偏振特性，以及提高激光器的抗破坏能力，开展多光束合成技术研究具有十分重要的意义。本文探讨了双光束偏振合成的基本理论依据，并通过实验，给出了基本规律，对于进一步开展合成工作的方向也进行了探讨。     

平顶光束在BBO单晶和孪晶中的倍频效应

理论上建立了平顶光束在单晶和孪晶中传播的物理模型,并给出了平顶光束在各向异性介质中传播时的倍频耦合波方程,进而对其进行数值求解;最后对求解所得到的谐波能流分布、总输出能量和入射光角谱进行了分析讨论,并从束腰大小、晶体结构对倍频的影响等方面给出了合理解释。研究结果表明：当束腰相同时,孪晶倍频能流强度要高于单晶;同一种晶体,窄束腰对应倍频强度更高,然而窄束腰光束在单晶中传播时容易发生光束分裂,但孪晶可以改善这种光束分裂情况。     

平顶多高斯光束与平顶高斯光束的一致性研究

对描述平顶光束的两种数学物理模型,即平顶多高斯光束(FMGB)和平顶高斯光束(FGB)作了比较,给出了数值计算结果并作了物理分析。研究表明,具有相同M2因子的两个平顶多高斯光束和平顶高斯光束,无论其束腰宽度是否相等,在广义菲涅耳数相等处都具有相似的光强分布。这一结论对实际工作有应用意义。     

相干和非相干平顶高斯光束的比较研究

对完全相干和非相干平顶高斯光束的传输特性作了详细研究。提出了用有限个拉盖尔-高斯模或厄米-高斯模的部分相干迭加来产生部分相干平顶高斯光束,以满足某些实际应用要求的新方法。     

双光束光纤激光器相干合成仿真及实验研究

为了研究光纤激光器相干合成,采用光纤激光的相干合成数学模型仿真了双光束光纤激光相干合成的方法,模拟仿真了各类因素条件下高斯光束相干合成的功率分布,分析了不同参量条件下对合成效果的影响,并针对部分仿真结果进行了实验研究。结果表明,双光纤激光空间距离为0mm,光束夹角为0°,偏振方向完全一致时,则相干合成效果最好。     

激光束耦合叠加的理论研究

提出一种用以实现激光光束耦合叠加的方法。采用共轭梯度算法进行的二维数值模拟结果表明,在衍射光学元件位相16阶量化的情况下,可以实现的理论效率、误差分别为94.8%,2.4%,并对误差进行了分析。     

圆环阵列多芯双包层激光相干合束的研究

由于受到纤芯面积、非线性效应等因素的限制,单芯光纤激光器的输出功率极限值为千瓦级.欲获得上百千瓦和兆瓦级的输出功率,必须借助合束技术.多芯双包层光纤激光相干合束法以其实验装置简单、自组织相干不需外界调制、泵浦光耦合效率高、纤芯阵列排列灵活等特点成为相干组束技术中一种比较有前途的方案.基于衍射理论推导出多芯双包层光纤激光器的远场相干光光强理论模型,在此基础之上,分析了纤芯数目、相邻纤芯轴间距离、纤芯直径、波长对合束的影响.分析结果表明:通过增加纤芯数目、减小纤芯间距离、在保证单模特性的前提下增大纤芯芯径可以有效提高合束效果.研究结果为优化相干合束方案、研制出高性能的多芯合束双包层光纤提供了参考.     

计算机模拟双层矩形位相光栅的实时变分束特征

利用双层矩形相位光栅的实时变分束特征制作新型分束器进行了理论探讨。对2束、3束、4束光分束情况进行了分析，通过计算机模拟，从理论上求出其优化参数。     

机载自卫用非相干光纤激光组束的研究

给出了非相干光纤激光组束的方法及条件，并分析了非相干组束的光纤个数及功率实现，结果表明组束激光功率完全满足战术型激光武器的功率需求。同时，分析了组束激光的光束质量评价方法，将其与组束功率相结合得到组束激光亮度，该指标表明在满足功率需求的条件下，采用尽可能少的组束光纤个数将保证系统的自卫防御能力。     

二维轴对称-折叠组合腔CO2激光器近场失调分析

为了研究小角度失调对二维轴对称-折叠组合腔CO2激光器输出光束的近场分布的影响,在利用矩阵理论确定平凹谐振腔和凹-平-凹谐振腔失调后的光轴的基础上,采用光束并和思想,对输出光束进行了理论分析和模拟.取得的数据表明,小角度失调对4cm以内的近场强度影响不大,光强仍具有高斯状分布;对4cm以外的近场强度影响较大,光强分布轮廓发生相应的变形,且随着失调角度变大而变大.研究结果表明,在4cm以内的近场具有实用价值.     

自成像共焦腔一维光纤激光阵列相干合成的实验研究

利用自成像共焦腔,开展了一维光纤激光阵列相干合成的实验研究,实现了掺Yb3+双包层光纤激光阵列的相位锁定,得到了基于一维光纤激光阵列自成像共焦腔的远场强度分布图样。根据其数学模型及理论计算,合理选择了空间滤波器宽度,验证了空间滤波器在合成激光不同位置对不同相干成分模式所引入的损耗抑制作用,从实验上证实了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理。     

基于柱面微透镜阵列的激光匀化系统设计及实验研究

为了获得平顶分布的长度连续可调的线光斑,设计了一种基于柱面微透镜阵列的光束整形系统,该系统采用两个相同的柱面微透镜阵列串联在一起,通过傅里叶透镜的聚焦作用在像平面上形成均匀的线光斑。基于矩阵光学理论,建立了成像光线矩阵,分析了影响光斑长度相关因素;基于傅里叶光学,进一步建立了光场数学模型,通过数值分析方法,模拟了光强分布特性。搭建了实验系统,获得了平顶分布的均匀线光斑,光斑长度在2~34 mm范围内连续可调,这种长度连续可调的线光斑在激光应用领域具有重要的应用价值,可以更好地满足实际生产需求。     

基于微透镜阵外腔的光纤激光谱组束耦合效率分析

为了克服光纤激光外腔谱组束系统中增益带宽和透镜像差对组束阵元数量的限制,在系统中加入了微透镜阵。根据光束变换理论,建立了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束系统的外腔耦合效率分析模型。通过数值模拟,对各种相关参数对耦合效率的影响进行了仿真分析。结果表明:微透镜阵的加入极大提高了阵元的耦合效率和系统的组束潜力;为了获得尽可能高的耦合效率,需要对离焦量进行合理配置并设计具有较长焦距的微透镜;横向对准误差是影响耦合效率的主要因素,对于宽度为10 mm的组束光纤阵列,为保证60%以上的耦合效率,在θy≤2 mrad的同时需将横向位置偏移量δy限制在10μm以内。