高功率固体激光系统中的"热像"效应

"热像"效应是制约高功率激光系统,特别是惯性约束核聚变(ICF)激光驱动器安全运行和提高输出功率的瓶颈因素之一。在某些条件下,往往系统运行在典型的损伤阈值功率之下时,某些光学元件也会因为"热像"效应的存在而意外地遭受损伤。总结介绍了近年来关于"热像"效应研究的新进展,包括"热像"形成的衍射理论模型、薄片近似下的解析理论分析结果、厚介质及级联介质情况下激光"热像"的演化规律、多散射点形成"热像"的特点以及"热像"效应的抑制方法等。最后指出理论及实验上尚待进一步解决的问题。     

高功率激光系统中鬼像的非线性移动

采用矩阵光学方法 ,计算了高功率高斯光束通过单个凸透镜、单个凹透镜及 4F系统时低阶非线性鬼像的移动 ,并分析了其移动规律     

高功率激光系统中调制光束的复杂非线性传输效应

非线性光场增强是导致高功率激光装置终端光学元件损伤的主要原因之一。系统地研究单缺陷的精细形貌以及双缺陷的三维空间分布对调制光束的非线性演变规律的影响,发现了多种非线性传输新现象并揭示了其产生机制。仿真结果表明：边缘陡峭的单一缺陷会产生双峰热像,这打破了传统认知中缺陷和热像在纵向的共轭关系;双缺陷间的相互作用导致双缺陷中轴位置上额外热像峰的出现,打破了缺陷和热像在横向的一一对应关系。系列研究结果表明了调制光束非线性传输的复杂性,上游缺陷的精细形貌差别和相互干涉均可能使得下游产生额外的光场强区,强度得到进一步增强,最终导致基于原有关于B积分和热像认知的驱动器非线性控制策略失效。本研究结果加深了对复杂非线性光场传输规律的认知,不仅有助于优化装置中终端元件的排布,而且对高功率激光装置中大口径光学元件缺陷的精密检测和评估提出了新的要求,为高功率激光装置的终端负载能力提高提供了重要技术参考。     

用光纤传输高功率激光

研究了用低损耗光纤传输高功率激光束(Nd:YAG, λ=1.06徼米）的特性。指出了低损耗塑料包层石英玻璃芯纤维能够传输甚至象160瓦连续激光和120千瓦（峰值)脉冲激光这样的高功率而不会发生任何损伤。至于用光纤传输这种高功率激光的应用，用传输的激光辐照硅衬底巳经实现半导体硅处理。发现处理的硅表面是均匀的，处理的斑点具有清晰的边缘。     

高功率传输光纤激光外科手术

外科手术和治疗应用中激光能量的光纤传输为医学界提供了观察和处理人体组织的一个新方法。Manni探索了这种可能性，并提出该领域面临的技术难题。激光能量的光纤传输已极大地扩展了激光在外科手术和其他治疗医学应用中的作用。即使光纤激光传输不是一个绝对的技术要求，它能够并且经常使临床广泛采用的实用激光治疗程序不同于其他治疗程序。本文介绍光纤传输在激光外科手术和治疗中的作用。对外科激光和光纤作了历史介绍后是关于光纤传输激光如何用于治疗的一般讨论。文章还包括医疗激光市场新的迅速发展的讨论。光纤激光外科简史高功率连…     

中红外高功率激光系统强光元件热损伤特性

依托闭腔式氟化氘中红外高能激光器,测量了元件表面污染物在连续波高能激光(3.16 k W/cm2)辐照下的温度,测量发现污染物在1s内达到了热平衡,温度维持在1 720 K;建立了描述强光辐照下污染物热平衡过程的物理模型,分析了污染物导致强光元件热损伤的物理机制;研究发现污染物的尺度对强光元件的热损伤具有重要影响.对于中红外高反射强光光学元件,若污染物的尺度小于20μm一般不会造成强光元件的损伤,若污染物的尺度大于200μm一般会导致强光元件的损伤.研究结果对于提高强光元件的抗损伤性能,保障中红外高能激光系统稳定运行具有重要意义.     

高功率激光系统中内光路热变形的仿真及实验研究

为了研究高功率激光系统中的内光路热变形累积效应对光束质量的影响,开展了理论和实验研究。首先,选择三种非稳腔输出的典型高功率激光,激光功率分别为10 kW、50 kW和100 kW,通过热动力学瞬态方法的有限元分析对激光照射的反射镜进行热变形分析。然后,利用光线追迹理论得到激光的波前像差。最终,激光远场光束质量中的Strehl比,因子可以通过Fresnel衍射积分进行计算和对比分析。仿真结果表明,由于内光路反射镜的热变形,远场光束将出现偏心和像散的现象,其中心光强及会聚能力均会下降。随着内光路反射镜的增加,Strehl比减少而因子增加,远场光斑x方向的倾斜、像散及彗差也会逐渐增加,将成为系统的主要像差。为了和上述理论仿真结果进行对比,建立了一个测量反射镜热变形实验平台,实验中采用10 kW的TEA CO2激光器照射99%反射率的铜反射镜,通过等效放大原理,实验结果可以部分代替50 kW和100 kW功率水平。镜面热变形的测量精度小于/15,并和仿真结果吻合得较好。结果表明,反射镜的热变形在激光功率超过10 kW时不能被忽略,且随着激光功率及反射次数的增加,这种热畸变将变得越发严重。所得结果将对高功率激光系统的热畸变分析过程提供指导,并可应用于激光核聚变及激光武器系统等的设计分析中。     

脉冲高功率激光形成的热透镜对激光束传输的影响

利用脉冲TEA CO_2激光器作为高功率强激光光源,在雾中及吸收气体中进行了非线性热畸变透镜对聚焦和准直激光束(He-Ne)传输影响的实验研究,测定了中心光强受热透镜作用所产生的时序变化。实验结果表明,高功率强激光在吸收介质中形成的热畸变透镜对聚焦光     

高功率激光装置中终端光学系统的鬼像分析

基于光传输的多叉树原理,研究了用于惯性约束聚变的高功率激光装置终端光学系统中多级衍射和多次反射杂散光与鬼点分布,根据光线经色分离光栅的传播规律进行了实际鬼光路计算,对聚焦透镜、色分离光栅、防护片组成的光学系统产生的杂散光及会聚鬼点进行了全面分析,得出三次谐波鬼点620个,二次谐波和基频光的会聚鬼点相对较少.分析表明非球面的一次反射鬼点最具威胁,大角度衍射和倾斜平面反射使大量鬼点向系统外部移动,并增大鬼光束的像差,减小其危害.这种方法可以以动态数据结构捕捉全部鬼点,并获得鬼光束结构.     

高功率钕玻璃激光系统

高功率钕玻璃激光系统为了研究强激光辐射与物质的相互作用，以及很多其他的实用目的（热核聚变、同位素分离、Ｘ射线激光器等等），在不同的科研中心建造了输出孔径大、辐射亮度高的磷酸盐钕玻璃高功率激光系统［１～６］。但大多数这类已运转的系统都是激光束直径逐级放...     

高功率固体激光系统棒状放大器的热畸变理论

建立了从棒状放大器能量沉积分布研究其热畸变理论的计算机模拟程序.可以计算棒状放大器泵浦期间和泵浦结束之后冷却过程中激光棒内的温度分布、应力分布、折射率分布以及激光束的退偏量、平均光束发散角和位相畸变.用哈特曼网格法测量了氙灯泵浦对激光波面的影响以及放大器的冷却过程.测量结果与计算结果一致.     

脉冲高功率激光大气传输非线性热透镜的形成与消失过程

利用脉冲长度0.1μs—30μs可变的单横模TEA CO_2激光器进行了室内热畸变模拟实验,通过测定长脉冲激光和同轴He-Ne激光中心光强的时间变化,研究了脉冲高功率激光热畸变透镜的形成与消失过程。     

高功率激光系统中光学薄膜的现状及发展趋势

概括介绍了高功率激光系统光学薄膜的种类及特点,详细阐述了高功率激光薄膜研究进展,并对高功率激光薄膜的研究趋势进行了展望.     

高功率激光窗的热透镜效应及补偿

本文对GaAs及ZnSe输出腔镜的热透镜效应进行了实验研究和理论分析.用凹面输出腔镜对热透镜效应进行了补偿,使高功率快速流动横向电激励CO_2 激光器的光束质量得到了提高.     

高功率光纤激光技术

高功率光纤技术是目前发展最为迅速的激光技术之一,其在通信、科研、工业、国防等领域有着卓越表现。通过对激光技术发展的研判,上海光学精密机械研究所在国内率先开展光纤激光技术的研究,其中的关键技术主要为高功率窄线宽光纤激光技术和高功率光纤激光合成技术。针对光纤激光的特点,在高功率窄线光纤激光方面,为了抑制非线性效应,逐渐凝练出单频种子光谱调控结合多级放大技术,该技术能够在单光纤激光器功率放大的同时,保持线宽不变并最小化光束质量的劣化。在高功率光纤激光合成方面,同样结合光纤激光的特点,率先开展了全光纤环形腔相干合成（CBC）技术和光谱合成（SBC）技术的研究。近年来,上海光学精密机械研究所在一系列关键技术方面取得了突破性进展,并取得了一系列重要成果。这些成果推动了高功率光纤激光技术的推广和应用,使其成为目前国内外实现高能光纤光源的主流技术。     

高功率激光通过多程放大系统传输特性的计算模拟

从Frantz-Nodvik方程出发,采用脉冲分割和介质薄片损耗模型,详细研究在不同的注入脉冲能量密度、放大器的增益恢复系数、增益分布、程间损耗和光束口径放大倍数的情况下,激光脉冲通过多程脉冲放大系统的传输特性。     

高功率激光单模光纤远距离传输实验研究

受激拉曼散射（SRS）效应是制约高功率激光单模光纤远距离传输应用的瓶颈因素。采用1550nm非偏振连续波单模光纤激光器作为光源, 通过实验研究了不同注入光功率条件下经过103km单模光纤传输所产生的受激拉曼散射现象,运用级联长周期光纤光栅带阻滤波器进行了受激拉曼散射抑制实验,并进行了相应的理论分析。提出了光纤受激拉曼散射抑制有效性判据,实验演示了受激拉曼散射现象,验证了级联长周期光纤光栅带阻滤波器对受激拉曼散射抑制的有效性。