百瓦级绿光DPL激光器技术研究

对激光二极管侧面抽运Nd:YAG板条双程功率放大器进行了研究,激光器基模输出平均功率大于200 W,建立了激光二极管侧面抽运Nd:YAG之字型板条激光主振荡-多程功率放大(MOPA)系统,它由两级Nd:YAG板条双通功率放大器构成,最后一级为单通放大器.在500Hz重复频率时,获得单脉冲能量为410mJ的1.06μm激光输出,光束质量M2小于6.5,KTP晶体在80℃温度下倍频,输出0.53 μm绿光单脉冲能量210mJ,光束质量M2小于6.5.     

主动冷却式一维变形镜技术研究

根据高能固体板条主振荡功率放大(MOPA)激光放大器系统输出矩形光束在增益介质长度方向波前畸变的特点,针对性地研制了在一维方向上进行波前畸变校正的新型波前校正器,即一维变形镜(DM1D)。通过仿真模型对镜面厚度及粘接面形状等技术参数进行优化,设计了一个具有11通道的主动冷却型一维变形镜,全口径静态面形峰谷(PV)值为0.17μm,校正动态范围不小于5μm。采用主动冷却技术,使镜面在8 k W/cm2功率密度激光长时间照射情况下温升小于1℃,保持了强光作用下镜面面形的稳定性。在闭环校正试验中,光束质量β因子均值从8.82提高至4.38,有效地校正了光束波前畸变,验证了该一维变形镜在MOPA激光系统中的实用性。     

涡旋光束的自适应光学波前校正技术研究进展（特邀）

涡旋光束携带了与其螺旋波前结构相关的轨道角动量,由于其在通信系统不增加带宽情形下可极大增加系统容量和频谱效率,引起了广泛关注。然而,自由空间中的湍流将导致涡旋光束的螺旋波前发生畸变,产生模间串扰,降低接收功率,从而削弱链路性能。自适应光学波前校正技术是克服干扰的有效手段之一。综述了涡旋光束的自适应光学波前校正技术的发展,阐述了Shack-Hartmann、随机并行梯度下降、Gerchberg-Saxton三种算法的校正原理,分析了深度学习在波前校正技术中的应用,并介绍了笔者课题组对水下湍流环境中波前校正技术的研究工作。     

用于高重复频率热容主振荡功率放大器激光系统的波前检测技术

高重复频率热容主振荡功率放大器(MOPA)激光系统的工作过程一般只持续几秒至几十秒,在此过程中系统输出光束的波前畸变是动态变化的。采用环路径向剪切干涉(CRWSI)技术对高重复频率热容MOPA系统波前畸变的变化过程进行检测,并对系统的总体结构进行了设计。搭建了一个简化的实验系统,采用平凹透镜来代替光放大器产生波前畸变,并由此对环路径向剪切干涉仪的测量精度进行了验证。结果表明,实验测量结果与理论计算值之间的峰值误差为7.8%(0.02λ)。     

光纤激光相干合成中倾斜和锁相同时控制的实验研究

光纤激光的相干合成是获得高能量密度、高光束质量激光输出的有效方法之一。在相干合成中,各个单元光束的倾斜波前畸变和活塞相位误差对合成的效果具有重要影响。搭建了两路光纤激光相干合成系统,利用光纤自适应准直器和相位调制器对相干合成中倾斜波前畸变和活塞相位误差进行校正。实验系统以高速相机采集的光斑数据作为评价依据,通过计算机程序进行控制,控制算法为随机并行梯度下降算法。在倾斜和锁相控制前,合成光斑的条纹对比度为0.03,桶中功率为8.03;在倾斜和锁相控制后,合成光斑的条纹对比度达到了0.59,桶中功率达到了32.89,说明实验中倾斜和锁相控制显著提高了相干合成的效果。     

无波前传感自适应光学技术及其在大气光通信中的应用

无波前传感自适应光学(AO)系统不依赖波前传感器可直接对系统性能进行优化。基于随机并行梯度下降(SPGD)算法,32单元变形镜,CCD成像器件等建立了无波前传感自适应光学系统实验平台。实验结果表明,参量选取合适时,系统对畸变波前具有较好的校正能力,但受限于较低的CCD采样频率,仅能校正静态或缓慢变化的像差。根据实验结果讨论了基于随机并行梯度下降控制算法的无波前传感自适应光学技术在大气光通信中的应用可能和应用方法,指出采用高速光电探测器件、高速数据处理及响应速度高的波前校正器与随机并行梯度下降算法相配合可用于补偿大气光通信中的大气湍流扰动。     

MOPA激光系统中LD抽运的单纵模主振荡器

在高重复频率、高光束质量的主振荡功率放大器 (MOPA)激光系统中 ,要求主振荡器输出的激光束具有稳定平滑的时间和空间分布 ,以及长的相干长度 ,即要求百分之百的单纵模几率和TEM0 0 模输出。随半导体激光器(LD)技术的进展 ,LD抽运的固体激光器 (DPSL)逐步成为MOPA激光系统中主振荡器的首选。故研究LD抽运单纵模固体激光器 ,对提高MOPA激光系统的性能 ,推动MOPA激光系统的发展和应用都具有重要的意义。通过合理排列光学元件在谐振腔中的位置 ,控制LD聚焦点在Nd∶YAG中的深度 ,大大减小驻波效应对模式的影响 ,研制成功LD端面抽运 ,并采用消除LN晶体电光调Q中“光弹效应”技术的固体激光器。不用附加选模元件 ,获得 5 0～ 10 0 μJ较大能量的单纵模激光。在重复频率 4 0Hz时 ,输出能量 90 μJ ,脉宽约 12ns,长时间运转保持单纵模几率 10 0 % ,能量稳定性± 1.5 % ,满足了MOPA激光系统对主振荡器的要求     

相位共轭技术在补偿高功率激光器动态波前像差中的应用

对于高功率激光器光束畸变的实际问题,目前提出的有些方法只能对像差进行有效的补偿,却不能补偿自相位调制所引起的畸变.针对激光谐振腔的失调问题进行简单理论分析及编写数值程序进行计算,提出相位共轭法能够对上述两种畸变进行有效的补偿,进一步针对实际采用相位共轭补偿技术的高功率Nd:YAG MOPA激光器的典型实验来进行分析,采用波前像差的PV值和RMS值的结果作为系统分析参数,得出相位共轭技术能有效地改善高功率激光器光束输出质量.     

光束波前畸变的模拟及其相位梯度分析

大口径光学元件的表面制造误差会使透射或反射波前产生畸变,这是天文光学系统以及ICF激光系统关心的问题.文章使用了一个随机相位屏来模拟光学制造误差导致的光束波前畸变,并利用波前相位梯度这个参数来对波前畸变进行定量化分析.介绍了波前相位梯度的定义和算法,通过数值计算得到了一维和二维波前畸变的梯度分析结果,并对不同畸变情况的模拟结果进行了比较.     

一种新的自适应增益盲优化算法提高自由空间光通信性能

由于大气湍流的影响,光束在大气中传输时产生 严重畸变,造成自由空间光(FSO)通信链路 性能恶化。为了提高系 统性能,构建了基于盲优化自适应光学的FSO通信系统,提出了一种新的自适应 增益随机并行梯度下降(SPGD)优化 算法。数值模拟结果表明,本文算法对大气湍流引起的波前误差进行实时补偿,能 够达到 很好的校正效果,比固定增益优化算法具有更好的收敛速度和精度。