用快速傅里叶变换法分析超高斯反射镜腔的光场分布

常规非稳腔由于输出耦合镜硬边光阑的衍射效应而影响了激光输出。使用非均匀反射镜，可以起到软边光阑的作用，改善了输出光束的光场分布特性。高斯分布反射镜已经被广泛应用，超高斯分布反射镜的提出是对非均匀反射腔的一大改进。快速傅里叶变换(FFT)方法是计算激光腔光场分布的一种方便快捷的方法，利用快速傅里叶变换方法分析了超高斯反射镜腔的腔内三维光场分布情况，并模拟了热透镜焦距变化时腔内光场分布的变化。然后分别在空腔和考虑热透镜效应的情况下对输出光束的光场分布进行了理论模拟，并讨论了热透镜效应对输出光场分布的影响。     

LDA侧泵Nd玻璃的高光束质量激光放大器研制

研制了一台高光束质量、高稳定的基于激光二极管阵列(LDA)侧泵Nd玻璃的纳秒方形激光脉冲放大器。为了获得较高的输出能量,采用LDA泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。同时,为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,以便得到超高斯平顶分布的光束,并对后级放大器增益不均性进行预补偿,最终得到了光束口径为Φ13mm、光束近场调制度小于1.22∶1的激光输出。放大器工作波长为1 053nm,当注入500nJ的3ns方形激光脉冲时,得到无脉冲畸变激光脉冲能量为100mJ、能量不稳定度为2.14%(均方根)和远场角漂移小于11μrad的高光束质量激光输出。     

基于双轴锥镜的环形激光束整形

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量,提高发射光学系统口径的利用率,采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法,通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上,设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置,针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验,取得了与理论分析一致的数据。结果表明,采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量,光束束腰直径由45mm减小为32mm,光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。     

无热退偏损耗Nd∶YAG环形腔单纵模激光器

在Nd∶YAG侧面泵浦四镜环形腔单纵模激光器内,采用薄膜偏振片反射光束作为输出光束,以消除环形腔内热退偏损耗,提高输出功率及效率。实验表明,该Nd∶YAG环形腔可单向运转并输出单纵模激光,环形腔激光器内无热退偏损耗。在驱动电流为21 A时,环形腔激光器输出5.1 W 1064 nm单纵模激光,输出激光线宽为200 MHz,输出光束为线偏振光。通过采用端面泵浦结构,以及采用对p偏振光反射率与泵浦功率相匹配的薄膜偏振片,激光器单纵模输出功率及效率可望进一步提高。     

单脉冲能量3 mJ、重复频率1 kHz皮秒超高斯光束的实现

采用圆孔光阑和空间滤波-像传递系统相结合,实现了高效率的皮秒高斯光束到超高斯光束的整形。通过研究其中空间滤波-像传递系统中滤波针孔大小对整形效果的影响,获得了整形效率大于32%、200~500 mm传播距离内保持超高斯光束填充因子大于0.76传输的实验结果。随后对获得的超高斯光束进行放大,放大过程中通过利用侧面泵浦Nd:YAG晶体的热透镜代替放大光路中4F系统像传递系统中的透镜,简化了超高斯皮秒激光放大系统的结构,同时经过一级双通放大后,获得了近场填充因子0.72,单脉冲能量3.0 mJ,脉冲宽度11 ps,重复频率1 kHz,峰值功率密度8 GW/cm2的超高斯光束皮秒激光放大输出。     

SGⅡ-5 PW激光系统大能量光参量放大器光束近场分布均匀性

为了提高神光Ⅱ 5PW(SGII-5PW)超短脉冲激光系统的运行安全性,针对大能量光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)光束近场分布均匀性问题,从理论上进行了数值模拟,并与实验数据进行了对比分析。在1PW级放大器模拟中,以预放大器以及神光Ⅱ大能量抽运脉冲的测量数据为基础,利用参量耦合波方程组数值模拟方法,得到了近场填充因子与光通量对比度在光参量放大过程中的演变,并结合转换效率与输出稳定性进行讨论,得到了对应于高光束质量、高转换效率与高稳定性的非线性晶体长度优化范围,结果还表明抽运光对放大后光束均匀性影响较大,进一步提升神光Ⅱ第7路光束质量是大幅提升第2级OPCPA(OPCPA-Ⅱ)光束均匀性的切实途径。     

环状耦合输出的90°束转非稳腔的模场计算

利用FFT方法对环状耦合输出的90°束转非稳腔在小放大倍率(M=1.2)情况下的模场畸变进行了数值模拟,分析了镜面倾斜和像散对输出光束质量的影响程度,并与常规环形非稳腔进行了比较,结果表明,环状输出90°束转非稳腔比常规环形非稳腔具有更优良的特性.     

用于抽运5PW钛宝石啁啾脉冲放大器的钕玻璃片状放大器的设计与应用

基于蒙特卡罗光线追迹法,进一步研究了钕玻璃片状放大器三维空间聚光腔抽运分布的数值模拟。并且,结合氙灯的充放电回路及辐射光谱、放大自发辐射、以及激光脉冲受激辐射放大等相关数值计算模块,实现了片状钕玻璃放大器由储能至放大的整个过程的动态数值仿真。基于该数值模拟结果,设计研制的钕玻璃片状放大器已用于5PW钛宝石啁啾脉冲放大器的抽运源中,其实验输出结果与数值计算结果基本一致。     

空心高斯光束多棒环形并接放大器输出的理论分析与数值模拟

为获得高功率激光输出,设计了激光束多捧环形并接放大器.运用基尔霍夫衍射理论对多捧并接环形放大器模型进行分析,建立了多捧并接环形放大器输出激光传播情况的理论模型,利用Madab软件模拟计算并绘制了经过放大器放大后,激光光束传播时的光强分布图.计算结果表明,采用多捧环形放大器,由于衍射的作用,轴线中心的光强得到了加强,实现...     

腔镜面型对射频板条CO_2激光器输出模式的影响

采用非稳腔结构的激光器,当系统的菲涅耳数较大时,球面腔镜尺寸随之增大,尽管可以获得高输出功率,但由于不满足傍轴条件,球面腔镜的球差对输出模式的影响变大。采用Fox-Li迭代算法,分析了腔镜类型不同时谐振腔有效菲涅耳数为675的2 k W射频板条CO_2激光器的输出模式,并进行了实验研究。结果表明,当腔镜采用双球面镜时球差的影响显著,输出光束近似为球面波,输出平面上光束质量因子M!2=14.48,光束质量差,聚焦后光束偏离光轴,难以实现高功率、高光束质量的激光输出;当腔镜均采用抛物面镜时球差的影响得以消除,输出光束近似为平面波,此时输出平面上光束质量得到改善,M!2=3.96,实验结果与数值模拟结果一致。     

LD抽运高重复频率四通放大MOPA系统中的光纤相位共轭研究

报道了利用多模光纤作为相位共轭镜应用于重复频率100Hz。脉宽20ns的电光调Q四通放大LD抽运激光器的实验研究。由于光纤受激布里渊散射(SBS)存在的阈值效应，可以抑止使用平面全反镜的四通放大系统中难以克服的放大级自振荡(SO)和放大自发辐射(ASE)效应．以获得高能量高光束质量的激光输出。实验中在20ns．100Hz和注入光纤能量4．6mJ的情况下获得了4．1mJ的1064nm的基模激光输出。激光光束模式接近TEMoo模．且脉宽被压缩至4．7ns。在使用了光纤相位共轭镜的四通放大技术后，很好地补偿了由板条放大器热效应造成的光斑畸变。输出光斑很好地复原了振荡级输出光斑的光强空间分布。     

新型大焦斑钛宝石激光放大器腔型的设计与实验研究

为了克服放大自发辐射在飞秒激光放大器中对放大脉冲的影响，将增益介质掺钛蓝宝石晶体从腔内束腰位置处移至腔内光斑最大处是一个有效的办法。设计并实验了此种新型大焦斑直线形折叠腔。计算了腔内的光斑尺寸与腔结构参数的关系，得出了腔内光斑尺寸分部图,系统实验了输出功率与腔结构参数：曲面镜半径,输出耦合镜透射率，腔长等的关系，并进行了理论验证。本文为进一步将其做成新型、高效、低噪声再生放大器提供了必要的依据。     

Adaptive-optics compensation in a Raman amplifier configuration

An experimental study of real-time adaptive compensation through a high-gain Raman amplifier is discussed. Atmospheric turbulence was simulated by selectively aberrated quartz plates designed to produce a turbulence-like phasefront distortion on a transmitted beacon. A 69-channel wavefront sensor measured the beacon's phasefront and commanded a deformable mirror to impose the conjugate phasefront on the Stokes seed to a high-gain, large-Fresnel-number Raman amplifier. After amplification, the output Stokes beam was made to retrace the path of the beacon back through the simulated turbulence. Measurements of the Stokes beam quality indicate a dramatic improvement to near-diffraction-limited performance. The experimental results are in good agreement with theory     

基于双色镜的2.3 kW光纤激光光束合成

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。     

热效应影响光束质量的数值模拟

建立了圆柱形激光晶体的热传导模型,在晶体周边冷却、两通光面绝热情况下,通过求解热传导方程,得出圆形截面Nd:YAG晶体的温度分布,得到热效应对光束衍射倍率因子M²的影响与腔长、全反镜曲率半径、输出镜曲率半径、泵浦功率的关系。这一结论为提高激光器的可靠性,研究激光晶体的热效应提供了理论依据。     

二维轴对称折迭组合腔输出光束分析

用矩阵理论对二维轴对称折迭组合腔产生的高斯光束通过平面输出镜后的情形做了分析。并对接收屏上的光强分布做了数值计算和模拟。所得结果用于医疗是有实用价值的。     

采用钛宝石薄片作为增益介质的再生放大器

实验研究了以钛宝石薄片作为增益介质的再生激光放大器,其钛宝石薄片厚度为2mm,前表面作为通光面,镀有对抽运激光和放大激光增透的高阈值双色介质膜,后表面作为反射面,镀有对抽运激光和放大激光高反的高阈值双色介质膜,晶体对抽运激光的吸收率大于80%(1次透射和1次反射)。在再生腔中,钛宝石晶体不仅作为增益介质,也作为反射腔镜,简化了放大腔腔型。钛宝石晶体采用端面冷却的方式,极大地降低了晶体中的热效应,从而提高了放大脉冲激光的光束质量,在此基础上获得了能量为5.2mJ的放大激光脉冲输出,能量转换效率达到11.5%,放大激光光束质量因子M2小于1.2。     

光束相干驱动声子场提高SBS相位共轭保真度稳定性

光束相干引起的电致伸缩能驱动声子波，从而能加强受激布里渊散射（ＳＢＳ），提高相位共轭保真度稳定性。对折反池结构，采用２ｎｓ陡前沿的脉冲光泵浦，将双级钕玻璃放大器和ＳＢＳ池作为整体，测量了其相位共轭保真度。观测到输出激光的能量远场空间分布和相位共轭保真度稳定性在光束夹角θ５ｍｒａｄ时明显优于θ＞３０ｍｒａｄ。     

平面波经方环衍射后的光束质量评价

在对平面波经方环衍射后远场光强分布分析的基础上,对其光束质量作了详细研究。数值计算结果的物理分析表明,可用“桶中功率”曲线、β和 η参数评价这类环状光束的光束质量。同时也指出了这些方法的不足。     

部分端面抽运板条激光器腔镜倾斜问题研究

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器．配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素，快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法，利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响，并分析了光束质量的变化。理论分析表明，腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大，但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大，远场发散角和光束腰宽度也增大，光束质量虽然存在恶化的趋势，但光束质量因子肝值仍然较小，离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。