空心透镜导管的模拟与设计

采用大口径、高功率激光二极管(LD)阵列的大型全固化二极管抽运激光系统(DPSSLs)能够产生高功率、大能量、高重复频率的优良激光。为了实现对介质的高效抽运，将空心透镜导管应用于大口径高功率激光二极管阵列耦合系统。基于三维光线追迹的数值计算方法，编制了LD纵向抽运耦合系统模拟软件，对空心透镜导管进行模拟与设计，使系统耦合效率超过90％的同时，增益介质表面抽运场具有良好的均匀性，实现了对介质的高效均匀抽运；同时通过改变空心透镜导管的参数进行模拟比较，得出了空心透镜导管设计的经验公式，为大型DPSSLs耦合系统的设计提供了有益的参考。     

椭圆截面离心率渐变的导管光线3维追迹设计

为了提高微柱阵列与透镜导管耦合系统的光斑整形效果,设计了一种横截面是椭圆、且椭圆离心率随位置变化的不规则导管设计方案。在导管的前端面,椭圆长轴在水平方向,以与激光二极管阵列的发光面形状相匹配;在导管后端面,椭圆长轴逐渐过渡到竖直方向。利用3维光线追迹方法进行仿真计算,可知该不规则导管可以得到圆对称性较好的光斑整形效果,微柱阵列和该导管的能量传输效率分别为90.84%和91.98%,对应于整个耦合系统的能量传输效率为83.55%。结果表明,该不规则导管在光斑整形效果和能量传输效率方面与普通导管相比具有一定优势。     

透镜导管的优化设计

针对透镜导管出射光线发散角较大的问题,对其结构进行了优化设计。用光线追迹的方法给出了透镜导管的传输规律,通过计算机模拟得到其最佳参数。结果表明,优化后的透镜导管较好地均衡了面阵激光二极管阵列(LDA)出射的快慢轴2个方向上不匹配的拉格朗日不变量,改善了其空间分布不连续的状况,近场输出为近高斯型的场分布,从透镜导管端面出射的激光束发散角为37°,传输效率高达90%。实验结果和理论分析吻合。     

LDA端泵浦固体激光器的耦合系统-空心导管的设计

对高效的用于面阵激光二极管阵列(LDA)的光学耦合系统一空心导管进行了系统地研究。用光线追迹方法描述了空心导管的传输特性,并与透镜导管做了比较。结果表明,面阵LDA出射的空间非连续分布的激光束通过空心导管后在近场可以获得近高斯型光场分布,空心导管不仅兼具透镜导管的特性,而且克服了透镜导管的缺陷,其传输效率为93％。     

LDA端泵浦固体激光器的新型耦合系统--圆锥形导管

报道了一种适用于面阵激光二极管阵列（LDA）的新型耦合系统——圆锥形导管,它利用折射原理压缩出射光束的发散角。在光线追迹的基础上给出了圆锥形导管的传输规律,并用计算机模拟得到了其具有良好的传输特性。结果表明,LDA出射的空间非连续分布的激光束通过圆锥形导管后,在近场可以得到近高斯形的场分布;圆锥形导管不仅具有结构简单和传输效率高的优点,而且较好地均衡了快慢轴2个方向上的光束质量,输出光束具有较小的发散角和光斑尺寸。     

光线追迹在离轴激光变换系统衍射计算中的应用

将几何光学的空间光线追迹方法与光的衍射理论相结合，通过建立等效近似光学系统，详细研究了一种已经在激光热处理中获得应用的非近轴激光变换系统，得到了与实验观测吻合的结果     

高效大功率激光二极管阵列端面抽运耦合系统

利用光线追迹法为12 kW激光二极管(LD)阵列抽运的Yb∶YAG激光器设计了一套空心导管型耦合系统并开展了耦合实验, 以研究大功率LD阵列端面抽运结构的高效耦合技术及模拟设计方法.基于LD结构和发光特性,以高斯型微激射元为基本单位建立单条LD和LD阵列光源模型,设计了由透镜和镀银板构成的抽运光汇聚传输系统.实验结果表明,该耦合系统实现了对抽运光的高效耦合,且强度分布与模拟结果一致.该耦合系统传输损耗低,反射板的反射率为94%时耦合效率达92.3%;输出光束具有良好的传输性能,有效抽运区域接近理论值,且增益介质表面分布均匀,满足实验要求.     

三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

飞行器在大气层中高速飞行时,气动加热,光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀,很难准确得到光线的传播路径。为此,提出三种四阶精度方法的光线追迹方案,通过与螺旋光线解析解结果进行对比,发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.610-8,Richardson外推法为1.210-8,Adams线性多步法为1.210-11,确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算,对计算结果进行了对比,结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步,但Admas方法没有忽略前一步的计算结果,不会带来误差的累积,所以结果更接近真实解,而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。     

高斯光束等价光线追迹的新方法

提出一种输入和输出空间参考平面取在物象共轭平面处的高斯光束等价光线追迹的新方法,不仅可处理实际复杂光学系统高斯光束的传输和变换,而且能方便地算出象散、场曲和畸变等象差。     

全固化激光器中的耦合系统—透镜导管的简化设计

用几何光学的方法计算了竭地管的慢轴和快轴方法的光束分布，结果表明，用于固体激光器泵浦的高功率激光二极管阵列的连续分布的激光束通过透镜导后可以获得平滑面均匀的光场分布，基于这种分布，我们设计了两种结构的透镜导管，用激光二极管阵列实验测得未镀抗反膜的透镜导管的耦合效率高达８４％。     

列阵透镜对能量测量影响的分析

结合列阵透镜的透过率分析了其后的光场分布。列阵透镜由多个列阵元拼接而成，用以改善主透镜焦点附近能量分布的均匀性。列阵透镜在提高辐照均匀性的同时，给能量测量带来了不利的影响。这是由于经过列阵元的相邻子光束会产生干涉，干涉条纹处的激光能量密度和功率密度相应都大为增加，其数值在干涉区域中心处能上升到原来的4倍。更高的能量密度和功率密度对能量计提出了更苛刻的要求。在没有采取适当措施的时候使用，就会损坏能量计。     

大口径激光二极管阵列端面抽运耦合系统设计模拟

根据光线追迹原理,研究用于端面抽运的大面阵激光二极管(LD)抽运源的耦合系统设计。结合当前大口径激光二极管阵列常用的空心导管型耦合系统,分别从耦合效率、抽运强度分布、抽运光传输等方面,讨论大口径激光二极管阵列耦合系统的一般设计准则,提出了将激光二极管阵列单元平面排布改为球面排布的办法。针对100 kW激光二极管阵列,将子阵列作球面排布后,仅用一空心导管来汇聚抽运光,这种设计获得了传输性能优良的大区域均匀分布的抽运场,抽运场起伏小于5%,抽运强度大于20 kW/cm2,耦合效率98%,有效抽运区域内效率达90%。     

一种三维立体传输结构的分段式设计方法

随着信号频率以及芯片集成密度的持续增长,三维集成系统内部面临严重的耦合噪声问题。针对三维集成技术中广泛使用的硅通孔(TSV)和水平重布线层(RDL)构成的三维互连结构,提出了一种基于分段传输线(STL)的三维互连结构优化设计方案。通过将三维互连结构传输线按STL模式划分为数个传输线片段生成复数反射波,并运用基因算法(GA)筛选片段特征信息,从而优化反射波叠加效果,实现对传输过程中产生的信号损失进行补偿。仿真结果表明,该方法可以有效改善三维互连结构中由于耦合噪声造成的信号反射问题,提升系统传输性能。     

一种利用像散腔测量热透镜焦距的方法

给出一种测量激光器稳定运转时增益介质中热透镜焦距的方法。像散腔在确定的腔型参数下,存在一个辅助透镜(等效为热透镜)使子午面和弧矢面内的光束参数相同,利用ABCD矩阵理论建立起此时的像散稳定腔腔长与辅助透镜的关系。按此腔型搭建谐振腔后,通过直接观察激光器输出光斑的形状就可获得腔长与抽运功率的关系;通过腔长建立起腔长、热透镜焦距与抽运功率的关系后,即可得到不同抽运功率下增益介质的热透镜焦距大小。