大口径融石英光栅反射衍射的SBS损伤分析

为了分析大口径融石英光栅反射衍射导致的受激布里渊散射(SBS)损伤,建立了光栅的设计分析模型,计算了光栅从1到6级次的反射衍射角、焦距及效率;根据SBS原理分析了未施加相位调制和施加相位调制下融石英光栅反射衍射的SBS增益及强度,并结合工程实例验证了该分析结果的可靠性。实验结果表明:在未施加相位调制时,融石英光栅反射衍射的SBS强度大,元件损伤严重,寿命短;施加相位调制后,光栅反射衍射的SBS增益大幅降低,SBS强度小于融石英的损伤阈值,元件寿命得以显著延长。在实际的高功率激光系统中,必须施加相位调制以抑制光栅反射衍射的SBS损伤。     

激光波前功率谱密度与焦斑旁瓣的关系

基于波前功率谱密度(PSD)的定义,分析了采用功率谱密度方法研究中频波前畸变与焦斑旁瓣关系的可行性。由于任意形状的波前畸变都可以由不同空间频率的正弦函数叠加组成,以正弦函数波前为例进行功率谱密度分析和远场分析。分析表明,当中频波前畸变的幅度满足一定条件时,远场二级以上的衍射非常低,可以忽略不计,此时波前功率谱密度与焦斑旁瓣具有非常好的相似性,并且这种相似性仅与中频波前畸变的幅度有关,与空间频率无关。最后还用数值模拟的方法验证了这个结论对叠加后的结果仍然成立。研究结果可以用于设计满足惯性约束聚变(ICF)驱动器打靶对焦斑旁瓣要求的光学元件中频段波前畸变指标。     

原型装置主放光路稳定性实验研究

为了研究高功率固体激光器光束指向的漂移情况,根据原型装置打靶误差预算中各部分的权重,分析了主放光路输出光束允许的角度漂移误差,即主放输出光束的角漂不超过10.6μrad。实验中选取了其中的一束,主放远场测量系统在37min内共采集到了144发次的远场图像,在MATLAB编程中使用阈值法和重心法处理每帧远场图像,将光束的漂移量在x和y方向上分解,利用均方根的概率统计方法,计算得到了主放输出光束的角度漂移误差,x方向为3.47μrad,y方向为4.09μrad。实验结果表明,主放光路的稳定性达到了设计指标,能够满足打靶要求。     

纳秒级光脉冲多程放大物理模型研究

在纳秒级光脉冲多程放大研究中,Lowdermilk解析解仅考虑了增益完全恢复和完全不恢复两种极端情况.实际上,在脉冲间隔时间内放大器的增益恢复很可能介于完全恢复和完全不恢复之间.直接从速率方程出发,建立脉冲通量与激光上、下能级粒子数的相关方程,推导出上、下能级粒子数密度在脉冲与放大器发生相互作用时间间隔dT前后的递推关系,从而解决了增益不完全恢复问题.另外,把该模型的计算结果与Lowdermilk解析解和多程放大实验结果做了比较,分析了弛豫效应对能流放大特性的影响,并得到了比较准确、可靠的结果.     

Final optics damage online inspection in high power laser facility

For the laser-induced damage (LID) in large-aperture final optics, we present a novel approach of damage online inspection and its experimental system, which solves two problems:classification of true and false LID and size measurement of the LID. We first analyze the imaging principle of the experimental system for the true and false damage sites, then use kernel-based extreme learning machine (K-ELM) to distinguish them, and finally propose hierarchical kernel extreme learning machine (HK-ELM) to predict the damage size. The experimental results show that the classification accuracy is higher than 95%, the mean relative error of the predicted LID size is within 10%. So the proposed method meets the technical requirements for the damage online inspection.     

基于共轭反射的高功率激光装置脉冲同步测试技术

提出一种基于共轭反射的高功率激光装置靶点时间同步测试方法。首先在靶点两侧放置一对相互平行、相对靶点距离相等的反射镜,在反射镜关于靶点的共轭像点处放置两个高速光电探测器,随后将靶室上下两个半球入射到靶点的激光分别反射到共轭像点的两个光电管上,光电管输出波形信号的时间间隔即为待测光路之间的时间同步差。该测试方法具有操作简单、测试效率高等特点,已成功应用于高功率激光装置多路激光时间同步的精密诊断。     

光学元件损伤暗场图像中的目标自动提取研究

基于光学元件损伤暗场成像图像的特点以及每个像素与周边的梯度关系,选择灰度——梯度对共生矩阵为研究模型,该模型集中反映了损伤图像中两种最基本的要素——灰度信息和梯度信息(边缘)。利用该模型产生准则函数,在信息论中最大熵原理基础上,应用文中改进的二维最大熵算法能自动确定最佳分割阈值,实现了对暗场图像的分割。该算法能够准确的从光学元件损伤暗场图像中提取损伤目标,为目标识别、精确定位和损伤大小的精确计算等后续处理提供依据。为了验证该算法,试验中对多个光学元件损伤暗场图像进行了处理分析,试验表明,该算法分割得到的损伤目标与实际相符,误差在检测的范围之内,为大型光学系统中光学元件损伤的在线、自动化检测提供了一种有效的技术途径。     

紫外激光脉冲的光纤传输特性研究

为了满足大型激光系统对紫外激光脉冲时间波形测量要求,采用紫外单模光纤进行传输取样的方法,理论分析了紫外脉冲在光纤中的线性传输特性,对影响脉冲波形测量的因素进行系统评价;并测试了紫外激光脉冲经过单模纯石英光纤传输后的脉冲波形。结果表明,对于纳秒、亚纳秒量级的紫外激光脉冲,单模紫外光纤是一种较好的传输介质;考虑到光纤损耗及探测器灵敏度限制,紫外光纤不宜作长距离传输。研究结果对高功率激光装置紫外光脉冲时间波形测量提供了理论和实验依据。     

神光Ⅲ原型装置红外脉冲波形测量系统的研制

为了提高神光Ⅲ原型装置激光脉冲波形测量的稳定性、可靠性、经济性,对原有测量系统进行了改造。整个系统由取样与光纤耦合单元、光纤传输单元、光纤合束与光电转换单元、数据采集单元构成,采用近场耦合光纤取样、时分复用的光纤传输技术,利用一台示波器和光电转换器实现了神光Ⅲ原型装置的预放、主放16束激光脉冲时间波形的测试,提高了系统的运行效率和运行成本。     

强激光能量测量的电校准技术

随着惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的发展,激光光束口径逐渐增加,需要对大口径激光的能量进行精确测量.而目前国内ICF大口径激光能量测量的校准方式无法满足ICF激光装置功率平衡测量的精度要求(测量不确定度不大于2%)。为解决此问题,提出了一种新型的电校准技术,以Bi2Te3-Sb2Te3构成的半导体热电堆作为能量转换器件,进行了以电能量替代激光能量来实现对体吸收型激光能量计的校准技术研究,初步完成了光能量测量和电能校准的理论模型。理论分析结果表明,在室温环境下,使用电加热校准和激光加热校准在热力学上具有等效性,并通过初步的实验,论证了电加热校准技术应用的可行性。