有振幅调制和位相畸变激光通过空间滤波器的传输

用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和统计光学方法对有振幅调制和位相畸变激光通过空间滤波器的传输特性作了详细研究.并对空间滤波器中滤波小孔最佳尺寸的选取条件进行了讨论.数值计算结果表明,最佳滤波小孔尺寸与系统菲涅耳数、光束截断参数以及光束的位相畸变参数等有关.     

高功率激光束光束质量的数值评价方法

为估计１０＾１２Ｗ高功率激光器的光束质量，本文采用最小二乘法对已重构的波前曲面进行球面拟合，得到相对应的无波像差参考波前。利用无波像差参考波前的曲率半径计算出高功率激光光束的衍射角，由有畸变波前与无波像差参考波前的波像差估算出激光束的Ｓｔｒｅｒｈｌ比，从而给出了评价高功率激光系统光束质量的定量结果。     

电寻址振幅型空间光调制器的光束整形能力

对电寻址振幅型空间光调制器(SLM)在高功率激光系统中存在的问题进行了分析.理论分析了电寻址空间光调制器的黑栅效应对光束近场光束整形效果的影响,提出了通过优化空间滤波器的小孔参数获得最佳整形效果的技术方案,并计算了小孔滤波后的能量利用率.同时,分析了液晶空间光调制器的开口率对光束整形的影响,为了提升近场整形精度,空间光调制器的开口率最好大于64研究了纯振幅型空间光调制器调制过程中引入的相位畸变,从理论分析和实验验证两方面得出了附加相位分布图,计算得出最大附加相位为0.226λ.     

双脉冲双向传输放大构型波前特性

双脉冲双向传输放大构型可对两束激光脉冲沿主放大器空间对称的两个方向同时进行传输放大,有效增加了放大器的储能提取率,在惯性约束聚变激光驱动器领域具有很大的应用价值。通过建立等效光路,推导了两束激光脉冲在传输放大时波前畸变的叠加过程,并对神光-Ⅲ主机装置中的实测数据进行了数值模拟。结果表明,双向传输放大构型下两束激光脉冲的波前面形存在一定差异,波前像差集中在低频段,且三、四程放大时空间滤波器小孔处的激光脉冲和输出激光脉冲的波前畸变较大。为保证输出光束质量和光束通过空间滤波器小孔,必须对主放大器内的波前像差进行补偿控制。这些结论将为双脉冲双向传输放大构型的波前控制方案的设计提供理论指导。     

终端靶场中相位畸变对近场光束质量的影响

终端靶场聚焦系统中的光学元件上存在不可避免的缺陷致使光场波前发生畸变,根据高功率激光装置终端靶场系统中强光束传输的特点,建立了描述光学元件引入的局域相位调制的模型,研究了终端靶场中具有高斯型相位波前畸变的平顶光束经过透镜会聚,并在后续防溅射板等熔石英介质中经历非线性增长的传输演变过程,详细分析了高斯型相位波前畸变、熔石英厚度和透镜焦距对终端靶场聚焦系统中的近场光束质量的影响。结果表明,高斯型波前畸变越严重、熔石英厚度越长、透镜焦距越短,近场光束质量越差,中高频增长越多。     

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。     

部分相干方形平顶电磁脉冲光束经相位调制透镜的聚焦特性

将稳态场的相干偏振统一理论应用于脉冲光束的研究。构建了部分相干方形平顶电磁脉冲光束,并推导出该光束经相位调制透镜后聚焦的交叉谱密度函数表达式。详细探讨了相位调制尺寸、调制深度、调制中心位置以及光束相关长度等对聚焦场光谱强度的影响。研究结果表明,局域相位调制会导致在聚焦场中产生另一光谱强度峰值,光束的相关参数和相位调制参数决定该光谱强度峰值大小,并在一定情况下使之发生移动。特别是当光源相关参数和相位调制参数处于某临界值时,会发生光谱强度峰值开关现象。同时发现,空间相关长度导致光束发生空间焦移,而脉冲时间相关长度导致光谱强度峰值在频率上的移动。     

高斯光束通过空间滤波器的传输特性

采用矩阵分解和用有限个复高斯函数之和逼近硬边光阑窗口函数相结合的方法,从柯林斯衍射积分公式出发,对高斯光束通过空间滤波器的传输特性进行了分析,得到了相应的解析式。通过对解析式的数值模拟,得出了直观的结果,并进行了误差分析。数值计算结果表明,最佳滤波小孔尺寸的选择和计算误差均与光束的截断参数有关。在此基础上,进一步研究了空间滤波器具有像传递功能时,高斯光束和平顶高斯光束(N=12)通过空间滤波器的传输特性,得出了截断参数与滤波后光强分布的关系,并证实了此方法也可用于计算其他类型光束通过空间滤波器的传输。     

双侧对称抽运横流液体激光器的光束质量分析

为了提高横流液体激光器的光束质量,采用ANAYS软件分析了双侧抽运液体激光器的液体介质的温度分布,对不同流速条件下的非稳腔光场分布和光束质量M~2因子进行了数值计算。结果表明,存在一个使光束质量M~2因子较优的液体流速,并针对该类激光系统中增益和折射率梯度分布都关于抽运方向对称分布的特点,采用柱透镜补偿波前畸变效应,将光束质量因子由24降低到12.5,说明柱透镜补偿位相畸变能有效地提高液体输出光束质量。     

基于液晶空间光调制器整形的重频100mJ全固态1053nm钕玻璃激光放大器(英文)

介绍了所研发的一台放大纳秒激光脉冲的高光束质量钕玻璃激光放大器。该放大器采用了多级LD泵浦与液晶空间光调制器进行整形相结合的技术,光束传输遵循抑制衍射、主动控制与补偿及空间滤波的原则。在重频为1 Hz时,将注入的3 ns、1 nJ的方形激光脉冲能量放大到115.3 mJ,能量净增益109倍,输出激光的能量分散度小于2%,光束的近场调制度小于1.23:1,远场光斑的角漂移小于9.8μrad,远场光斑的衍射限小于2DL。     

Fluctuations of a focused beam wave for atmospheric turbulence probing

This paper demonstrates that a focused beam wave may be effectively used to probe the atmospheric turbulence. Unlike plane and spherical waves, the focused beam has two parameters, i.e., the beam size and the radius of curvature of phase front at the aperture which may be easily varied experimentally. General formulations for the amplitude and phase correlation functions and structure functions of a focused beam wave are given including the effects of wind velocity and time delay. The effects of the beam size and the focal length on the spectral and spatial filter functions and temporal frequency spectrum are examined in detail including the effects of separation, wind velocity, and time delay. Using these functions, procedures are shown to probe the form of the spectral density of the index of refraction, the structure constant, and the wind velocity along the path.     

外腔半导体激光器的空间模式特性分析

通过对宽发光截面半导体激光器(BAL)输出激光空间特性和远场分布的理论分析,并根据激光振荡的自再现原理,导出了反馈注入外腔宽发光截面半导体激光器输出激光的光场分布。计算表明外腔的反馈作用可以看作是频谱面上引入了一个带通滤波器,通过选择特定模式的频谱分量进行反馈注入,从而实现选模和改善输出激光光束质量的目的。完成了相应的外腔反馈注入宽发光截面半导体激光器的实验,获得了单瓣近衍射极限的激光输出,在工作电流为1.18倍阈值电流时,获得远场发散角为0.074°的输出激光,计算得相应的光束衍射倍率因子M2为1.16,和理论计算的结果基本吻合。     

抖动法激光阵列相干合成技术中的性能评价函数研究

从理论上分析了抖动法锁相技术中性能评价函数对锁相效果的影响。研究发现,相干合成中获取性能评价函数的针孔光阑大小对锁相效果影响较大,随着针孔尺寸增大,性能评价函数的符号将会改变,取值也会产生较大变化。详细分析了光束阵列占空比、光束数目、单元光束尺寸和波长对最优评价函数的影响。分析表明,光束阵列占空比和阵列光束数目对正值最优评价函数对应的针孔尺寸影响较小,针孔直径取值范围为远场光斑中央主瓣宽度的0.7～0.8,单元光束光斑尺寸和波长不对最优针孔尺寸造成影响。负值最优评价函数对应的针孔尺寸随光束数目的增大近似呈线性增大趋势,占空比对其影响较小。     

CO2激光脉冲外差探测一阶统计特性分析

从分析高斯本振光和爱里信号回波互相干函数 (或外差量子效率 )一阶统计量入手 ,推导出CO2 激光脉冲外差探测振幅、位相和波矢空间夹角匹配条件 ,其外差量子效率的最大理论值为 0 82。在离焦失准状态下 (即球像差 ) ,两束光的位相差主要由高斯本振光波前弯曲决定 ,并因此导致外差量子效率的降低。     

3kW射频板条CO2激光器抛物面非稳波导腔研究

为了提高传统球面镜腔3kW射频板条CO2激光器光束质量,设计了新型抛物面镜负支非稳-波导混合腔;结合标量光束的瑞利-索末菲衍射理论与特征向量法,研究了大菲涅耳数下镜面类型对非稳波导混合腔光场传输特性的影响;利用矩形波导理论、1维近似分析得出了波导传输损耗及偏振情况。结果表明,将非稳方向输出镜和尾镜改为与光轴交点处曲率半径为R1=951.32mm和R2=1088.68mm的抛物镜面,能够避免尾镜漏光,可有效改善模式鉴别特性;常用波导电极镀膜材料中,镀铝电极内波导方向传输损耗最小,传输光场为x偏振的EH1模。采用电极镀铝的抛物面非稳波导腔能够降低损耗、提升光束质量。     

具有两个瑞利长度三镜折叠腔的设计

为了提高倍频效率、分析倍频晶体内束腰位置对倍频效率的影响,根据基模高斯光束传输特性,结合稳定三镜折叠腔中端镜处等相位面曲率半径与腔镜曲率半径相等这一特点,在激光光束传输的合适位置上,放入与等相位面曲率半径相同的腔镜,构成倍频晶体内具有两个瑞利长度的三镜折叠腔,提高了倍频效率。对比了相同端镜构成的具有一个瑞利长度和两个瑞利长度谐振腔,相对于分臂长度变化的稳区范围。结果表明,使用5W光纤耦合880nm激光二极管,端面抽运3mm×3mm×5mm的Nd:YVO₄,采用10mm×2.1mm×0.5mm的PPMgOLN为倍频晶体,使用具有两个瑞利长度的谐振腔比具有一个瑞利长度的谐振腔,整体提高倍频效率约18%,两种腔型的光束质量相同,倍频光与基频光偏振方向一致,输出稳定的低噪声绿光,验证了谐振腔设计的有效性。该研究对腔内倍频效率的提高是有帮助的。     

双棒串接补偿热致双折射效应激光谐振腔

固体激光器中的热致双折射效应严重地限制了基模输出功率的提高,为了获得大功率高质量的激光输出,需要对热致双折射效应进行补偿.在理论上对双棒在腔内串接补偿热致双折射效应的条件进行了改进,通过设计合理的腔结构和腔内元器件,应用4f成像系统空间滤波器并考虑石英旋光器的厚度,使得腔内光束的退偏率降至2.5%以下.使用矩阵光学的方法简化了对含有这样一个复杂光学系统的谐振腔稳定性和腔内光束半径等特性的分析.通过在腔内加入一个正透镜来扩大基模体积,实验中在双氪灯连续抽运Nd∶YAG激光器中得到了61 W线性偏振的激光基模输出,表明在大基模体积谐振腔的设计中,双折射效应的补偿十分必要.     

直边衍射激光驻波场中铬原子的沉积特性研究

为了研究沉积基片对激光驻波场的影响,基于半经典理论,采用4阶龙格-库塔算法对直边衍射效应影响下铬原子的3维运动轨迹和3维沉积条纹结构进行了仿真。研究了激光束腰中心到反射镜的距离、高斯激光束腰半径对最终沉积过程的影响。结果表明,通过适当地调节实验参量,可以改变激光驻波场受到衍射效应的程度;当反射镜位于激光束腰截面处、高斯激光束腰半径为62.5μm时,纳米沉积条纹的质量最理想。这将为原子光刻实验提供有益的理论依据和数据信息。     

激光束的实时空间整形方法

在高功率激光系统中,激光光束的传输与放大,需要对输出的激光光束整形,包括对激光束几何形状与光强分布的整形,才能有效地控制光束质量,提升激光系统的输出功率。目前,通常的光束空间整形方法是采用针对特定输入光束(如均匀或高斯光束)的切趾光阑(如锯齿、波纹光阑)或结合空间滤波进行光束空间整形,而实际输入的光束并非是这样的理想型光束,所以上述方法在光束的空间整形中存在一定局限性,因此,研究实时、可调的光束空间整形尤为重要。对此,本文提出了对激光束进行实时、可调控的激光束空间整形的新方法,实时产生与入射光束相关的软边切趾光阑,结合空间滤波,获得所需形状的近"平顶"光强分布的近场光束。数值模拟结果表明新方法可以对实际激光系统的光束实现实时、有效的整形。