利用晶体拼接实现大口径会聚光束三倍频

惯性约束聚变激光驱动器中,熔石英透镜的紫外激光损伤问题一直是限制其负载能力提升的重要因素。对此提出了一种新的大口径光束三倍频构型方案,将三倍频晶体置于聚焦透镜之后,在基频光和倍频光的会聚过程中实现和频。大口径会聚光束的入射角度达36.35 mrad,为满足相位匹配条件,三倍频晶体采用相位匹配接受角度更大、损伤阈值更高的LBO晶体。理论分析表明,3块切割角度不同的LBO晶体拼接即可满足会聚光束相位匹配容忍角的要求。原理性实验也验证了该方案的可行性。该构型不仅能规避熔石英透镜的紫外激光辐照,提升激光驱动器的负载能力,而且能突破LBO晶体的口径受限问题。     

大口径细光束自准直测量系统误差的实验研究

目前的商用自准直仪并不满足纳米光学测量仪(NOM)利用细光束进行测量的要求,大口径细光束模式下的自准直测量系统存在各种误差。为了满足自准直测量系统的高精度要求,根据自准直测量原理,对大口径细光束自准直测量系统中CCD阵面与f-theta透镜焦平面不重合引入的误差进行了归纳分析,并通过相关实验对误差的线性关系进行了验证,结果证明理论计算与实验结果具有良好的一致性。     

用于大口径光束变换系统的矢量衍射分析

本文首先介绍了一种独特的矢量衍射方法.针对传播波在频域的范围过大的难点,通过引入"有效频域孔径"的概念,成功的将这种方法应用到大口径光束变换系统中.最后利用这种方法对大口径的矩孔和圆孔的夫琅和费衍射重新进行了分析,并讨论了抽样点数选取的问题.     

用于超宽焦斑光束整形的大口径衍射光学元件设计和制作

采用改进混合优化算法首次设计并制作了口径168.7 mm的连续衍射光学元件实现类环形光束入射,输出直径650μm超宽焦斑光束均匀照明.用Nd:YAG脉冲激光器1.064 μm波长激光进行实验,获得了与设计尺寸相符、边缘陡峭、无中心尖锐脉冲、具有极好的离焦宽容性的宽焦斑,但焦斑顶部不均匀性较大.对此进行了深入的模拟分析,结果表明:焦斑顶部较大的光强调制主要来源于现有的工艺及实验条件误差.     

波前畸变对大口径光束相干合成中光束指向探测的影响

为了研究波前畸变对光束指向探测的影响,采用蒙特卡罗方法分别在整口径和不同口径、不同排布的子口径情况下,对光束进行了模拟分析。研究结果表明,当波前畸变的均方根值小于0.163λ时,光束指向探测误差小于0.5μrad;当波前畸变的均方根值小于0.234λ时,光束指向探测误差小于1μrad。可选取波前畸变相对较小的子光束区域来计算整口径的光束指向。     

大口径细光束自准直测量系统的误差源分析

为了满足自准直系统的高精度要求,同时扩展其适用范围,以便更好地应用于科学研究,在光学自准直原理的基础上,针对大口径细光束的自准直系统进行研究,并对其误差源做了深入分析.对入射光束发散度引入的误差、CCD离焦误差、光学元件姿态引入的误差、反射镜平面度误差、准直系统瞄准误差以及原理误差这六种主要的误差源做了定量分析,同时对外界环境条件引入的误差进行了定性分析.通过对上述误差的定量与定性分析,可以直观地观察各误差源对系统精度产生的影响,为后续大口径细光束自准直系统的设计提供了重要的理论支持.     

ICF激光装置靶场光束引导路径的优化研究

为了缩短惯性约束聚变(ICF)激光装置在靶场区光束引导的总时间为基于光束引导传感器固定子区划分的光束引导方法,提供了引导路径的一种优化方法。通过优化预备子区中心到目标子区中心的角度,最小化对引导总时间有贡献的投射镜的角位移量的总和。以终端光学组件的一种布置为研究对象,以引导目标点为靶室中心的情况为例,介绍了引导路径的优化过程。引导总时间的估计表明,与普通的串行光束引导方法相比,该方法可以很大程度上缩短光束引导的总时间。当预备子区中心与目标子区中心之间的距离为1 mm时,引导总时间可以缩短为采用普通串行引导方法时的0.518倍。     

ICF装置光束定位的结构稳定性设计

激光驱动ICF装置的甚多束激光在打靶过程中需要高精度定位于靶面,这就要求可以改变光束着靶点位置的光学元件满足定位误差指标要求。首先介绍光束定位误差分解方法,在光束对准过程中和打靶前,在多源激励作用下能改变光束着靶点位置的光学元件需要评估其支撑系统的稳定性设计,发展了光学元件稳定性指标分解方法用于其支撑系统的稳定性评估。从基频、环境随机振动、模态阻尼的角度讨论了支撑系统振动稳定性设计思路。光学元件的通用支撑系统采用大而重的钢筋混凝土和钢结构的混合结构,钢筋混凝土保证光学元件稳定性的同时,钢结构提供结构设计的灵活性。采用有限元技术分析光学元件在宽频环境随机振动作用下的响应,评估支撑系统的振动稳定性设计。描述了神光Ⅲ宽频环境随机振动和光束定位误差的测量,测量结果表明神光Ⅲ支撑系统满足设计要求,该技术能应用于激光驱动ICF装置支撑系统的设计。     

大口径倍频晶体高精度温控装置的研制

非临界相位匹配条件下,为保证大口径倍频晶体具有较高的温度稳定性与一致性,在全口径范围内实现最优的倍频转换效率,设计了一种采用电加热方法进行高精度温度控制的装置。在装置设计中,充分考虑倍频晶体导热系数小、形状薄而大的特点,通过热传导加热倍频晶体,并同时加热装置其他部分,形成自然对流,均衡晶体温度。通过仿真和实验得到该装置温度分布的整体规律,得到在不同加热长度下,晶体稳定温度及稳定所需时长随晶体材料导热系数变化的规律。实验和仿真均表明:该装置能加热80 mm口径的倍频晶体至目标温度,并将其温度一致性控制在0.15℃范围内。     

大口径望远镜主镜保护盖设计

针对某米级光学望远镜设计了四门对开花瓣式主镜保护盖。简要介绍了国内外已建成大口径望远镜主镜保护盖的主要结构形式,利用铰链四杆机构的演化偏置曲柄滑块机构为基体进行优化设计,得出一种不需曲柄存在的四杆机构,建立运动学模型,对其受力状态进行分析,计算了电机所需的驱动力矩、滑块的移动位移及镜盖开关时间。实际工程应用表明,该保护盖对主镜能够有效防尘及保护,单次打开或关闭时间约为62.5 s,在长春地区无故障使用时间大于一年,免维护开关次数大于500次。满足系统设计要求,为后续研究者提供了设计参考。     

光束引导系统消除多路光束的摇晃

洛斯·阿拉莫斯国家实验室曙光聚变计划研制出一个电子控制系统，可以用于引导束激光脉冲通过复杂的光学列阵系统。调准机构将引导激光脉冲自动通过一个近1000米长的光学系统，然后射向只有1 mm直径的靶。该计划负责人Reed Jensen把这项工作比成从东海岸到西岸用激光击中一个36英尺的靶。     

装校失调对大口径离轴抛物面镜光束聚焦特性的影响

基于严格的全矢量衍射理论,系统详尽地分析了装校失调对大口径离轴抛物面镜(OAP)光束聚焦特性的影响.研究结果表明,OAP的三维平动及绕z″轴偏离旋转后衍射焦斑形态没有发生改变,只是焦斑中心位置发生了偏移,利用瑞利判据获得了OAP的三维平动及绕z″轴偏离旋转公差的量化关系;当OAP发生绕x″或y″轴偏离旋转时会引起像散、...     

大垂直口径天线俯仰波束赋形设计

给出了一种大垂直口径天线俯仰波束的优化设计过程。大垂直口径天线由10个辐射阵元构成,可以看成为一个阵列。为使天线的辐射波束达到给定的波束要求,提出了一种改进的遗传算法及其目标函数模型,对各辐射阵元的馈电幅度和相位同时进行优化。计算结果显示,天线能够产生满足设计要求的俯仰波束。通过全波电磁仿真软件HFSS进行了验证,仿真结果与计算结果吻合,证明了所提方法的有效性和实用性。     

大相对口径长焦距折射式光学系统设计

分析了大相对孔径、长焦距折射式光学系统的像差特点,针对一款口径300mm,焦距540mm,波段范围500~850 nm,视场角2的折射式成像物镜进行了设计。首先根据系统的像差特点,针对二级光谱,选择了Petzval 型作为初始结构,并进行了复杂化,形成大空气间隔的三组元形式,利于像差的校正和后组元件尺寸的减小;而后针对使用波段对玻璃材料的部分色散P 和阿贝数V 值进行了修正,并绘制了P-V 图,从中选择了具有一定二级光谱校正能力并性能优良的玻璃材料。最终系统的二级光谱达到了0.06 mm,表明具有较好的复消色差性能。设计结果系统在相机Nyquist 频率(39 lp/mm)处各视场MTF 大于0.8,80%能量集中在直径为8 m 的圆内,小于一个象元尺寸,最大畸变小于0.1%,各项指标均满足设计要求。     

激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计

激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η_c>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η_c>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。     

大口径红外光电系统现场辐射定标装置的研制

介绍了一种用小口径照明光管定标大口径红外光电系统的新方法。研制了现场红外辐射定标装置,其由辐射定标照明器件和红外辐射计组件(双波段1.40±0.02ΜM和4.50±0.04ΜM)两部分组成,并给出了它们的定标方法和定标结果及误差分析。实验表明,能满足大口径红外光电系统的定标要求。该装置体积小、重量轻,适合野外现场定标。     

大口径高能脉冲激光参量测量装置的精度研究

为了研究高能激光外场特性,研制了一套用于测量大口径高能量脉冲激光参量的测量装置。该装置包括一套自校准系统,能够对其主要系数进行现场校准。采用理论分析和实验研究的方法,对装置的测量原理、性能和结构进行了描述,并对测量误差进行了理论分析,证明了该装置能够同时测量高能激光光强分布和能量值,最后采用校准实验的方法对测量误差进行了验证和分析。该装置对激光脉冲能量和光强分布的测量误差分别为4.5%和5%。结果表明,该装置有较高的测量精度和可靠性,能广泛用于大口径高能量脉冲激光外场测试。