一种高能激光系统光路模拟器设计

光路模拟器用于在实验室内模拟激光器激光束聚焦于远处实际靶子上时的激光能量密度分布,主要由球面镜组成。根据使用的球面镜数量的不同以及各球面镜间距离的变化,它可以模拟激光器实际聚焦于某一距离处靶子上的能量密度分布。文中推导出了光路模拟器的焦距及后截距的数学表达式,并用矩阵方法对计算得出的结果进行了验证,结果表明二者符合得很好。最后讨论了光路模拟器在实际使用中存在的一些问题,这对光路模拟器的调校及实际使用具有一定的指导意义。     

角锥棱镜阵列谐振腔输出模式研究

为了研究角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性,利用角锥棱镜阵列作为后腔镜,与平面镜构成角锥棱镜阵列谐振腔,模拟计算了角锥棱镜阵列谐振腔输出模式的近场及远场分布,理论分析了谐振腔的相干输出,实验获得了采用该腔型的钕玻璃激光器的输出模式的近场及远场分布.结果表明,模拟计算与实验得到的模式分布相吻合,近场光斑外形为六边形,与角锥棱镜...     

凹凸激光谐振腔参数的热设计

讨论了凹凸稳定腔激光输出束散角与激光腔各参数的关系,得出了一系列激光棒热光焦度变化和束散角变化数据,并分析了这些数据。     

高斯长脉冲激光辐照单晶硅温度场的数值模拟

建立二维轴对称模型,通过Matlab软件对长脉冲高斯激光与单晶硅相互作用的加热过程进行数值模拟。分析不同激光功率密度和辐照时间作用下单晶硅的温度分布和温度历史, 估算单晶硅的熔融损伤阈值和热量沉积深度。结果表明:单晶硅的熔融损伤阈值的功率密度I₀=0.22 MW/cm2且激光热量沉积深度大约在1 mm范围内; 单晶硅的温度随激光功率密度和辐照时间的增加而升高,且随着光斑半径方向的延伸与靶材厚度的增加而逐渐减小; 在脉冲作用期间,硅表面中心温度迅速上升,这主要由高斯激光的能量分布特点决定; 在激光作用结束后,辐照区的热量通过热传导效应从高温区向低温区转移,单晶硅的表面中心温度随时间的增加而缓慢下降, 最后趋于室温。     

激光谐振腔中模的衍射损耗分析

为了使激光器输出高质量的光束,采用一种简化计算各阶横模的衍射损耗的新方法,进行了理论分析和数值计算。结果表明,当各阶横模的菲涅耳数N>0.7时,与精确数值计算结果的相对误差在0.2%以内;采用新算法计算出来的各阶横模的衍射损耗能够满足足够的精度,是合理可行的。该研究可以为设计高光束质量的激光器提供理论指导。     

基于双轴锥镜的环形激光束整形

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量,提高发射光学系统口径的利用率,采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法,通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上,设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置,针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验,取得了与理论分析一致的数据。结果表明,采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量,光束束腰直径由45mm减小为32mm,光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。     

角锥棱镜阵列后腔镜钕玻璃激光器

设计了一种新型的钕玻璃激光器谐振腔以满足激光器高稳定性及高强度激光输出的要求.该激光器利用角锥棱镜阵列作为谐振腔后腔镜,平面镜作输出镜,大尺寸钕玻璃棒作激光工作物质.对激光器进行了实验研究,实验中获得了能量大于450 J的1.06 μm激光输出,发散角为0.6 mrad左右,电-光效率为2.1%.实验中采集到的光斑不是一系列振幅(强度)相等的小光斑,而是中间有一个巨峰,在其周围分布着一系列振幅(强度)小得多的次峰.对实验结果进行了解释与讨论,提出了利用角锥棱镜阵列进行激光束相干合成的设想.     

部分相干环形光束经透镜聚焦的焦移和焦开关

为了从理论上对部分相干环形光束被透镜聚焦后轴上点的光强分布以及焦移和焦开关现象进行研究,采用惠更斯-菲涅耳衍射积分方法进行了理论分析,取得了轴上点光强分布及焦移、焦开关现象的相关数据。结果表明,焦移量不仅依赖于环形光束外半径的菲涅耳数,还依赖于入射部分相干光的空间相干度和中心拦截比。菲涅耳数越大,焦移量越小;部分相干光的空间相干度越高,焦移量越小。菲涅耳数一定时,环形光束的中心拦截比越大,焦移越大。对于某一固定的空间相干度,随着菲涅耳数的降低会出现焦开关现象。这些结果对研究部分相干环形光束的聚焦性质是有帮助的。     

透镜组耦合793nm LD抽运掺Tm~(3+)光纤激光器

为了实现2μm激光高效输出,采用793nm激光二极管端面抽运掺Tm3+光纤激光器的方法设计了抽运光耦合系统,分析了掺Tm3+光纤激光器的交叉弛豫效应及热效应,并进行了相关的实验研究。结果表明,获得耦合系统的耦合效率为84%;当入纤抽运光功率为70W时,获得34W激光输出,斜率效率为59%,中心波长为2001.2nm,光束质量M2≤1.2。该研究结果对掺Tm3+光纤激光器的设计具有指导意义。     

长脉冲与连续激光联合辐照铝合金的温度场仿真

为了给长脉冲与连续激光联合作用模式的参数选择提供依据,采用ANSYS分析了长脉冲激光和连续激光共同辐照下2A12铝合金的温度场,得到了不同连续激光与长脉冲激光加载起始时刻的时间间隔和不同光斑半径组合情况下激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小。结果表明,随着时间间隔的增大,激光辐照中心点的最高温度越高;当两束激光的时间间隔大于某特定值时,脉冲激光所造成的温升才会逐渐增加;激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小主要由峰值功率较高的长脉冲激光决定,但是如果选择合适的连续激光预热,尤其是当连续激光的功率密度达到105 W/cm2量级时,联合作用能显著增大熔池的尺寸,并适量提高辐照中心点的温度。