径向剪切干涉测量激光光束波前的研究

详细论述了环路径向剪切干涉（cyclic raial shearing interferometry,CRSI）测量激光光束波前的原理,介绍了傅立叶变换空间载波条纹相位提取方法,以及畸变波前的重建算法,给出了数值仿真结果,并且进行了实验研究,验证了该方法的有效性.     

利用液晶电视的位相调制特性补偿畸变波前

分析了液晶电视(LCTV)的位相调制特性,采用将液晶电视和能产生台阶波前畸变的位相物体同时置于环路径向剪切干涉(CRSI)装置入射光路中的方法,在液晶电视屏上输入可产生畸变波前对应的互补波前的灰度图。实现了台阶结构畸变波前的补偿。     

光学元件面形的环路径向剪切干涉检测方法研究

提出了将环路径向剪切干涉(CRSI,Cyclic Radial Shearing Interferometry)术应用于光学元件面形检测的新方法.设计了基于环路径向剪切干涉检测光学元件面形的光路系统.根据环路径向剪切干涉法的波前重建算法,模拟计算了任意波前的重建情况,同时在基于开普勒望远系统的环路径向剪切干涉仪上实际测量了一个已知光学元件的面形.结果表明,文中提出的波前重建算法和采用的光路系统可用于实际光学元件面形的准确检测,系统的重复性也得到了研究.     

利用剪切干涉仪测量激光大气传输相位畸变

文中就利用剪切干涉仪测量激光大气传输相位畸变的问题进行了探讨.对横向剪切干涉仪(LSI)及Hartmann波前传感器的波前探测和复原进行了类比仿真分析,结果表明在同等条件下,前者的波前复原能力优于后者.利用我们研制的二维剪切干涉仪,对激光大气传输湍流效应引起的波前畸变进行了测量,对实验结果进行了初步的研究分析,并首次得到了激光大气传输相位不连续性的直接测量结果,验证了LSI应用于测量激光大气传输相位畸变的可行性和优越性.     

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.     

高功率超短脉冲钛宝石激光系统波前测量实验

为表征SILEX-Ⅰ超强超短脉冲钛宝石激光装置的性能,利用高空间分辨的哈特曼波前传感器实验研究了该系统的光束波前畸变特性。实验中采用俄罗斯科学院激光和信息技术研究所研制的自缩束哈特曼波前测量系统,哈特曼波前传感器的最大入射口径可达95mm,测量精度为0.08μm。得到激光脉冲在压缩前的P-V值仅为0.13λ(λ=800nm),RMS值为0.02λ;压缩后P-V值为0.63,λRMS值为0.09λ,并对实验结果进行了分析和讨论。结果表明,该激光装置具有良好的光束质量,其主要波前畸变来源于压缩池。     

气体冷却激光二极管抽运的固体激光放大模块设计及热管理研究

激光二极管抽运的固体激光器(DPSSL)成为实现下一代激光器驱动装置对能量转换效率和重复频率要求的重要途径。高重复频率导致介质内存在热积累,引起热光效应、弹光效应和形变,导致波前畸变的产生,影响光束质量。针对目标输出能量100J,重复频率10Hz的放大模块,分析其储能提取效率和增益性能,采用气体冷却技术,设计激光二极管抽运的片状放大模块结构。利用有限元数值分析方法,建立了该装置单片放大器热分析模型,研究了单片增益介质厚度、对流换热系数对波前畸变的影响,结合波前畸变的要求,得到了单片厚度的最优值,并对该设计进行热分析,利用超高斯光束近似抽运光源,结合氦气气流分布情况,模拟单片介质的温度、形变和应力分布,计算得到了热光效应、形变和弹光效应对波前畸变的贡献以及单片增益介质的总波前。     

径向剪切干涉仪系统的研制与校准研究

为了测量超长焦距高功率激光系统的波前畸变,研制并校准了基于空间相位调制的径向剪切干涉仪。仪器采用多波长设计,满足可见光和红外探测的需要。为研制并校准径向干涉仪,同哈特曼-夏克(HS)传感器、Zygo干涉仪进行了对比实验。通过实验与理论对比,得到径向剪切干涉仪参数的最佳值。研究了汉宁窗的取值范围和边缘截取值的合理范围,结果表明,校准后的径向剪切干涉仪能够准确测量,仪器的重复性和精度都能满足高精度波前探测要求。     

激光缩束系统波前畸变精度分析

对大科学工程激光参数系统中的激光缩束系统各项装调误差进行了分析,缩束系统中组合物镜系统和目镜系统离焦误差对于系统波前畸变影响最大,并对不同离焦量产生的波前畸变PV值进行了分析,得到缩束系统波前畸变的变化与系统物镜和目镜离焦量并非线性关系。采用大孔径长焦距平行光管、光纤激光器和哈特曼传感器组成激光波前测试系统对激光缩束系统的波前进行实时测量和验证,经过波前计算机辅助技术,使其技术参数达到了波前畸变PV值优于0.2（=1.053 m）的要求。     

神光-Ⅲ原型装置全光路系统波前测量方法

为进一步提高神光-Ⅲ原型装置8束三倍频激光焦斑的能量集中度,需要对神光-Ⅲ原型装置的全光路系统波前进行校正。其中的关键技术之一就是要准确获得全光路系统的波前畸变。神光-Ⅲ原型装置的8束激光主放诊断包内均配置了一套哈特曼波前传感器,可以较为方便地获得主放大系统输出波前,但却无法直接获得靶场系统波前。解决方法主要有逆向标定和靶点直接测量两种,通过比较两种方法的技术复杂性、测量准确性等指标,结合对校正前后远场焦斑的测量,最终确定采用靶点直接测量的方法能简单、有效地获得全光路系统波前畸变。     

高功率声光调Q主振荡功率放大器

为了实现在高重复频率调Q的同时,又有好的光束质量。实验设计了激光二极管抽运的高重复频率、高功率的主功率放大（MOPA）结构激光器,激光器采用声-光调Q,主振荡功率放大+二级放大的结构。优化了主功率放大（MOPA）激光器的结构和相关参数,完成了关于高功率高重频主功率放大（MOPA）结构激光器的实验研究,并且通过合理排列光学元件在谐振腔中的位置来实现光束质量的提高,利用聚焦镜和狭缝来实现激光模式的匹配。在重复频率为50 kHz时,实现了最高功率为51.3 W,输出脉宽为18.62 ns,光束质量为MX2=1.882、MY2=1.971的激光输出,光-光转换效率为23.75%。在增益导引的作用下,主振荡功率放大（MOPA）激光器的输出光光束质量得到了有效的提高。     

10 kW级表层掺杂板条激光放大器研究

报道了一种在室温下运转的高功率Yb∶YAG表层掺杂板条激光放大器,该放大器基于主振荡功率放大结构(MOPA),以光纤激光器作为种子源,种子光经预放大器放大后,再进入表层掺杂板条中进行功率放大。建立了放大器增益模块的提取功率和提取效率的理论模型,并进行了实验研究。放大器在3.5 kW的1030 nm信号光注入和22.4 kW的940 nm激光二极管抽运条件下,输出激光功率10.6 kW,从单增益模块中提取功率7.1 kW,提取效率达到31.7%,实验结果和理论计算结果基本相符。同时对板条的透射波前进行了测量,PV=1.6μm。     

单口径片状放大器光束波前畸变热恢复研究

给出了在单口径片状放大器 (SSA)实验平台上利用哈特曼波前传感器进行热恢复研究的实验结果。结果表明 ,三片长的SSA双程最大热波前畸变约为 1 1λ峰谷 (P V)和 0 .13λ均方根梯度 (RMS) (λ =6 32 8nm)。实验结果与模拟计算结果进行了相互校核 ,两者符合得较好。     

重复频率泵浦钕玻璃放大器的热性能分析

重复频率激光放大器在重频工作条件下,激光增益介质的温度升高会影响其放大能力,其内部的温度梯度会影响激光光束的光学质量,甚至会发生激光增益介质的热破坏。对国产抗热冲击钕玻璃棒工作在一定频率下的温度分布和波前畸变进行了数值分析,讨论了国产抗热冲击型钕玻璃棒在重频下的工作性能并进行了实验验证。理论和实验结果表明:在1800J的氙灯泵浦能量条件下,Φ16mm×216 mm的钕玻璃棒(掺杂0.5%)在0.1 Hz工作条件下,钕玻璃棒在3 min左右就可达到热平衡,其波前畸变量为0.5λ;在400 mJ(5 ns)的注入能量条件下,其输出能量为1.2 J。     

薄膜电极重频电光开关的热管理

透明导电薄膜作电极的普克尔盒电光开关是新一代重频激光驱动系统的理想单元。高重频会在电光晶体内产生热沉积,引起弹光效应,热光效应和晶体形变,使透射光束的波前产生畸变。针对能量千焦耳级,重复频率16 Hz率的激光系统,对薄膜电极普克尔盒采用液冷技术进行热管理;建立普克尔盒的热分析模型,利用有限元算法,分别研究晶体厚度和换热系数对波前畸变的影响,得到晶体厚度的最优值。并模拟了开关晶体上的温度分布、应力分布和机械形变,分析热光效应、机械形变和弹光效应对光束波前和退偏损耗的影响,结合波前畸变和退偏损耗的要求得到优化的参数。     

基于激光钠导星的星载自适应光学系统

用于对地观测的星载光学系统受空间环境及相机内环境的影响而存在波前畸变问题,从而导致成像质量变差。为获得分辨率达到近衍射极限水平的图像,需要利用自适应光学技术对波前畸变进行自适应光学校正。提出了一种基于星外信标的自适应光学系统实现畸变波前校正的方案,并给出仿真实验,从而为星载自适应光学的进一步研究提供了依据。     

大口径八边形钕玻璃片支撑系统的光机集成分析

控制由机械装夹方式所引入的波前畸变以提高惯性约束聚变(ICF)输出光束的质量,是在大口径钕玻璃片主放大器结构设计中必须考虑的。提出了一种新的有限元变形结果与光学元件面形畸变之间的数据处理方式,并与传统方式进行了对比。基于新的数据处理接口,利用光机集成分析方法对大口径八边形钕玻璃片的支撑系统结构设计参数进行优化。优化的结果保证了由支撑系统引起的透过波前畸变小于十分之一波长,同时波前畸变与设计参数变动的相关性最小。     

Er/Yb共掺光纤脉冲放大器中的受激布里渊散射

为了精确模拟脉冲放大器中的受激布里渊现象,修正了脉冲光纤放大器中受激布里渊散射瞬态演变模型,建立了基于Er/Yb共掺双包层光纤中动态速率方程的受激布里渊散射的瞬态模型,同时包括了受激布里渊散射的信号光能量转移和反转粒子数消耗两个增益获得过程,采用有限差分的方法,分析了受激布里渊散射在高功率、低重复频率、窄脉冲光纤放大器中对输出脉冲信号单脉冲能量、峰值功率、频谱和时域波形的影响。搭建了两级放大的主振功率放大实验平台,利用重复频率为156kHz的调Q脉冲信号进行了高功率脉冲放大实验,得到了1.32W的平均功率输出,以及受激布里渊级联频谱和时域波形情况。结果表明,实验与理论分析相吻合,同时也验证了这个修正模型的正确性和有效性。     

用于微弱信号放大的高性能窄线宽纳秒脉冲光纤放大器

搭建了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单模线偏振窄线宽纳秒脉冲全光纤放大器,理论仿真和实验结果较为吻合。通过声光调制器(AOM)对连续单频1 064 nm激光进行调制,获得了重复频率50 kHz、平均功率25 W的脉冲激光,作为放大器的种子源。对预放大过程中非线性效应、放大自发辐射、自激振荡及泵浦饱和问题进行了仿真分析。随后对种子光进行功率放大,通过光纤内参数的有效优化,进一步抑制了自激振荡,提升了弱信号的放大倍率。实验实现了脉冲宽度64 ns、平均功率75 mW的脉冲激光输出。最后,对亚毫瓦弱信号放大器中决定系统性能的关键因素进行了总结。     

LD抽运高重复频率四通放大MOPA系统中的光纤相位共轭研究

报道了利用多模光纤作为相位共轭镜应用于重复频率100Hz。脉宽20ns的电光调Q四通放大LD抽运激光器的实验研究。由于光纤受激布里渊散射(SBS)存在的阈值效应，可以抑止使用平面全反镜的四通放大系统中难以克服的放大级自振荡(SO)和放大自发辐射(ASE)效应．以获得高能量高光束质量的激光输出。实验中在20ns．100Hz和注入光纤能量4．6mJ的情况下获得了4．1mJ的1064nm的基模激光输出。激光光束模式接近TEMoo模．且脉宽被压缩至4．7ns。在使用了光纤相位共轭镜的四通放大技术后，很好地补偿了由板条放大器热效应造成的光斑畸变。输出光斑很好地复原了振荡级输出光斑的光强空间分布。