强激光光束质量评价和测量方法研究

长期以来对于强激光光束质量一直没有统一的评价标准和规范的测量方法,这给强激光系统的试验鉴定带来很大困难,也给科学研究和工程应用带来诸多不便。针对系统性能测试评价的迫切需要,对此问题进行了分析和研究,提出了一种光束质量的评价方法和具体的测量方法及技术。     

高能激光光束质量的评价方法

分析常用光束质量定义用于评价高能激光时的局限性。考虑高能激光系统的组成,由激光器出射光束到高能激光发射系统出口光束以及考虑大气对高能激光作用后靶面上形成光斑的光束质量的评价、层层推进给出高能激光在能量空间输运应用中光束质量的评价方法,依据该套评价方法可以将影响高能激光系统光束质量的各个因素分离出来,便于高能激光系统的试验研究及发展。     

脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器

通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数,是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法,可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点,并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果,测量值与激光器输出功率偏差在5%以内,且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用,可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。     

高功率激光器的光束控制研究

对强激光光束控制和参数评价等强激光领域的一些理论作了介绍和分析,以平顶高斯光束(FGB)为例,推导出了它通过无光阑和有光阑的近轴ABCD光学系统传输的解析表达式.阐述了几种实用光束传输变换的方法,总结了影响强激光光束质量的主要因素.以高功率激光的应用需求为背景,研究高功率激光的光束传输变换、光束质量评价和光束控制问题,为相关领域应用提供理论基础和计算依据.     

213光束质量评价参数的几个问题

２１３光束质量评价参数的几个问题杨成龙（中物院流体物理研究所成都６１０００３）本文从光源的亮度和激光的相干性考虑，认为光束质量参数Ｍ￣２是激光本质特征的表示。文章分析过去使用的几种光束质量评价参数中的问题：远场发散角、老的衍板极限倍数β、桶中功率百分...     

激光的参数描述和光束质量

激光光束质量是一个很有现实意义的论题。对实际激光,一方面或多或少存在硬边光阑光学元件影响。另一方面,人们常对远场激光束的可聚焦能力感兴趣。对有光阑情况时光束传输因子(M^2因子)的推广作了讨论。对有代表性的3种方法,即广义截断二阶矩法、渐近分析法和自收敛束宽法及其应用作了分析。引入了桶中功率(PIB)和β参数用以描述远场光束质量。然后,研究了实际应用对激光光束质量的一些要求和相关的评价参数。最后,讨论了复杂的高功率激光系统的全程光束质量控制问题。     

对激光光束质量一些问题的认识

从对激光光束质量研究进展开始,讨论了在傍轴和非傍轴范畴内激光光束质量的一些问题,主要是非傍轴光束的光束质量评价。光束传输的非傍轴矢量二阶矩理论可用于计算多种非傍轴光束的M2因子,但对M2因子的物理解释却有困难。例如,在非傍轴范畴,M2因子依赖于束腰宽度与波长之比,并可小于1。但远场发散角之值可趋于90°,这将导致很大的M2因子值。另一方面,若将公式中的光强用时间平均坡印廷矢量z分量代替,桶中功率(PIB),或等价地,?茁 参数可推广用于评价非傍轴光束的远场光束质量。PIB表征了光束功率的可聚焦能力,是一种简明、直观评价不同激光光束的方法。然而,在?茁参数的公式中的束宽是按功率含量百分比定义的,因此双曲线传输规律不再严格成立。     

基于长波红外探测器绝对光谱响应度测量的激光源

为满足长波红外探测器绝对光谱响应度参数的高准确度测量要求,提高长波红外激光的功率稳定性,优化激光光束质量,研制了一套长波红外激光源。针对CdTe晶体的电光效应设计了一套提高长波红外激光功率稳定性的实验系统。利用激光光束传输原理设计了长波红外波段空间滤波器,并分析了其各项参数的计算方法。实验结果表明:长波红外激光的光功率不稳定度提升至0.1%以上,长波红外激光的光束质量也得到显著提升,满足了长波红外探测器绝对光谱响应度高准确度测量对光源的性能要求。     

超高斯光束经椭圆环光阑的衍射和光束质量评价

本文采用数值计算方法讨论了超高斯光束经椭圆环的的衍射现象。以桶中功率（PIB）、β参数和η参数为远场激光光束质量的评价参数,对超高斯光束经椭圆环光阑后的光束质量作了详细的研究,大量数值计算和物理分析表明,在椭圆环外径一定的条件下,超高斯光束经椭圆环衍射后的光束质量与椭圆环的遮拦比和超高斯光束的阶数有关。     

实际强激光远场靶面上光束质量的评价因素

提出了能量型应用的强激光光束质量的一种评价标准。光束质量的评价标准与实际的应用类型有关。影响实际强激光远场光束质量的因素十分复杂。将其主要因素分为系统内相位像差类、非相位像差类和大气传输影响等三类独立的因素，并探讨了在同一评价标准下，对它们进行解析表达的方法     

超连续谱激光光束质量特性

作为一种新型激光光源,超连续谱光源由于具有白炽灯的光谱宽度和激光的亮度,成为目前研究的一个热点,但其光束质量的评价方法至今研究报道的较少,给应用带来了不便。分析比较了各种常用光束质量评价方法的优缺点,提出用测量典型波长光束质量,结合光谱特性及光束同轴性分析评价超连续谱光源光束质量的方法,并用此方法对一台超连续谱光源的光束质量进行了测量。结果表明,超连续谱光源的光束质量与泵浦光的功率密切相关,功率较小时M2 因子在1.5 以下,功率较大时M2维持在1.9 左右。另外,可见光部分光束质量M2因子在1.5 左右,且随着泵浦功率的提高,光束质量越变越好,维持在1.3 左右。     

高能激光光束质量通用评价标准的探讨

激光光束质量评价是激光光学中的一个经典问题.目前国内外研究人员已经提出多种光束质量评价因子并加以利用,但是对于激光光束质量一直没有统一的评价标准和规范的测量方法.特别是近年来激光相干合成技术得到了迅猛发展,合成后光束质量的评价也缺乏统一的评价方案.本文对已有的各种光束质量因子进行简单评述,并引入光束传输因子(BPF)作为高能激光光束质量通用评价标准.详细介绍了BPF的物理本质与测量方法,并通过模拟计算对其用于评价单柬激光和相干合成光束的普适性进行分析.结果表明,BPF具有物理概念明晰、测量方便、通用性强等优势,适合于评价高能激光光束质量.     

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率(PIB)、β参数和η参数为激光光束质量评价参数,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关。采用适当的负球差透镜,在实际焦面上可得到最大的PIB,η值和最小的β值,从而获得比无球差透镜更好的光束质量,甚至使β1。     

近红外激光光斑功率密度时空分布探测器

光束质量是评价高能激光系统指标的重要参数,准确测量激光功率密度时空分布是获取激光光束质量、验证改进激光系统设计及实际应用的重要依据.介绍了一种采用光电探测器阵列实现近红外波段高能激光束功率密度时空分布的测量方法,可实现波长范围为0.9～1.7μm、功率密度为mW/cm2～kW/cm2量级的激光光斑参数测量,并具有探测光...     

光束控制系统中热效应的数值模拟

编制了四维仿真程序,用以研究光束控制系统中的热效应对强激光传输的影响.作为数值模拟例,用Strehl比、可聚焦能力(即86.5%环围功率半径)、像散参数和光束重心偏移表征远场光束质量,研究了初始场分布为高斯和平顶分布的光束通过光束控制系统传输时热效应对远场光束质量的影响.结果表明,远场光束质量与初始场的空间分布有关,且随发射功率增大而变差.     

激光加工中光参量的测试技术及设备

由于激光加工机本身所追求的质量要求促使激光参量测试技术要与之相适应。本文着重介绍与激光加工相关的激光功率、能量及光束质量等参量测量与监测技术及一些商品化的检测仪器。     

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率(PIB)、β参数和η参数为激光光束质量评价参数,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究.大量数值计算和物理分析表明,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关.采用适当的负球差透镜,在实际焦面上可得到最大的PIB,η值和最小的β值,从而获得比无球差透镜更好的光束质量,甚至使β＜1.     

有源激光敌我识别系统作用距离仿真

分析了有源激光敌我识别系统组成和工作原理;在建立大气衰减模型基础上,利用高斯光束理论方法描述激光光束的传输,从激光峰值功率、束散角等参数推导出激光光束传输的理论模型,在考虑安装平台尺寸以及系统瞄准性能的前提下,对有源激光敌我识别设备的作用距离进行了仿真计算,计算结果表明最小作用距离对系统的限制较大,是设计激光敌我识别系...     

脉冲半导体激光束并合参数研究

采用光束并合的方法可以提高脉冲半导体激光器峰值功率以及远场光斑的均匀性,从而提高激光主动成像系统的作用距离,并实现系统的小型化。首先应用指数高斯光束传输模型推导了并合光束的远场能量分布,并采用Matlab 仿真软件对影响光束并合效果的各激光器间轴线夹角、各激光器延迟时间以及并合激光器的间距等参数进行研究,最后进行光束并合实验,获得了1.5 km 外目标的选通成像图像,对比了不同并合激光数目对成像性能的影响,验证了光束并合方法可以有效地改进成像质量。     

高光束质量3×1光纤功率合束器的研制

在基于光纤功率合束器的高功率合成方案中，合成后激光保持好的光束质量是当前激光领域亟待解决的问题之一。实现了一种高光束质量光纤功率合束器的研制。首先，利用仿真软件建立3×1光纤功率合束器模型，对影响功率合束器光束质量和传输效率的因素进行了仿真，得到了制作合束器最佳参数的理论值；其次，基于光纤包层腐蚀技术，根据仿真结果利用熔融拉锥光纤束技术研制了一种输出光纤为50/400 μm （NA=0.12）的高光束质量3×1光纤功率合束器；最后，利用三台3 kW的光纤激光器对其进行了测试，在总输入功率为8.95 kW的情况下，合束后输出功率为8.62 kW，整体传输效率大于96%，光束质量M2=4.035。