高功率激光非线性热畸变效应的实验研究

高功率激光与大气非线性相互作用而产生的稳态和瞬态热畸变效应,在激光武器系统研究中是一个很重要的课题。自1978年以来,我们利用连续和脉冲10.6微米CO_2激光在实验室吸收池中对非线性热畸变效应进行了模拟实验研究,主要进行的实验有如下五个方面:(1)横向均匀风速情况下稳态热畸变实验;(2)旋转光束稳态热畸变实验;(3)具有静止区旋转光束的稳态热畸变实验;(4)10.6微米CO_2短脉冲激光本身热畸变实验;(5)CO_2与脉冲激光同轴的He-Ne激光强度畸变实验。     

重复率高功率Nd玻璃激光器的热透镜效应的消除

研究了重复率高功率强激光作用下热平衡状态激光的热透镜效应。观察和分析了激光棒从非热平衡到热平衡状态的热透镜效应，通过采取插入光学补偿系统的方法，使得激光器系统在热平衡状态下的热透镜效应得以消除，从而得到较好的激光输出和稳定的实验系统。     

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。     

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。     

板状Nd:YAG偏光脉冲激光器

通常固体激光器的激光材料都做成棒状,在泵浦源的热影响下,激光棒出现严重的畸变;如热聚焦,应力诱导双折射和应力诱导双轴聚焦,对于中等泵浦功率,这些效应将降低输出并影响光束质量;而对于高功率泵浦,激光可能完全熄灭。 本文报道了板状Nd:YAG偏光脉冲激光器实验结果,我们把激光材料做成板状,光在激光材料     

热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计

为了获得高功率、高光束质量的1064nm激光,采用凹透镜作为补偿透镜来补偿激光棒的热透镜效应。对补偿透镜的选取进行理论分析,并使用所设计的包含补偿透镜的平平谐振腔Nd:YAG激光器进行了实验验证。在实验中,使用焦距为250mm的凹透镜、透过率为30%的输出耦合镜,获得了55W的高功率、高光束质量的1064nm激光输出。结果表明,此项研究对高功率、高光束质量激光器谐振腔的设计是有帮助的。     

远红外光学薄膜的热特性研究

本文采用表面热透镜技术对10.6μmCO2激光辐照下的样品微弱吸收进行了研究,并对实验结果进行了分析。对10.6μm激光辐照下光学薄膜样品中的温度场进行了数值模拟,应用夏克—哈特曼波前传感器对几种不同的基底材料和光学薄膜在10.6μm激光辐照下的热畸变进行了测量。     

高功率激光加工中光束聚焦的分析和模拟

在高功率激光加工应用中,不同的加工形式对激光光束的聚焦性能要求不同,因而采取的聚焦方式也不一样.研究介绍了高功率激光加工中激光光束聚焦的几种常用方式,包括透镜聚焦、球面镜反射聚焦和离轴抛物面镜反射聚焦.系统地分析了这几种聚焦方式各自的优缺点及其应用领域,并且对这几种聚焦方式进行了模拟分析,形象、直观地反映出各种聚焦方式的聚焦效果.     

CO2激光透镜

Ⅱ-Ⅵ红外公司宣称其最新的MP-5超低吸收CO2激光透镜是市场上的CO2激光透镜中吸收率最低的。MP-5的专利镀膜设计的典型吸收〈0．10％，据称这能使热畸变更低．可见的透射能减少装配时间，并且容易探测热应力。特殊镀硒化锌膜的聚焦透镜——MP-5的直径为1．5in和2．0in．可提供14种标准可替换透镜与通用的OEM激光器相配。     

利用畸变透镜获得精细加工激光束

为了获得激光精细加工需要的能量集中且均匀分布的平顶聚焦激光束,利用衍射理论研究了畸变透镜对高斯光束衍射变换的作用,导出了解析计算式,进而获知畸变透镜如何对激光束平顶化聚焦的原理。用Matlab软件进行计算模拟,讨论了畸变透镜对高斯光束平顶化聚焦的情形和影响因素。表明利用畸变透镜对高斯光束平顶化聚焦是可行的。用这种方法获得的平顶化聚焦激光束可用于激光精细加工、微光机电系统和医学治疗等领域发挥重要作用。     

激光棒热焦距简易测量方法

激光棒光泵感应热畸变效应通常以实验中测量的平均热焦距来表征。对于谐振腔的设计和激光器件实验,介质热焦距是一个重要的参数。在以往的实验中,通常是应用扩束的He-Ne激光束通过处于光泵辐照下的介质棒,测量He-Ne光束的聚焦点位置到介质中心的距离,作为热焦距的一种度量。但是,由于介质的色散效应,He-Ne光束的热聚焦与振荡激光的热聚焦是不一样的。其次,在热焦距很长(如低重复率或脉冲器件)或者较短(如高功率连续器件)情况下,对精确测量带来一定困难。前者测量误差大,后者难以贴近聚光器测量。     

高功率激光装置终端楔形透镜的测量与调试

楔形透镜是高功率激光系统终端光学组件的关键元件,也是较为特殊的光学元件,楔形透镜的楔角测量关系着高功率激光的聚焦性能。终端组件中楔形透镜的加工角度、工作姿态一旦偏离了特定的工作角度,终端组件会引入大的面形偏差,楔形透镜特殊的形状不利于楔形透镜面形、楔角的测量。提出了一整套楔形透镜测量调整方案,包括楔形透镜加工过程中的测量方案,楔形透镜安装过程中的离线测量与调整方案,以及终端组件上线调试过程中的在线调试测量方案。该套方案的实施能够保证楔形透镜的加工精度,及组件中楔形透镜能够工作在最佳工作姿态,保障了高功率激光系统终端组件的光束质量和定位精度。     

强激光大气传输非线性热畸变效应的解析分析

高功率激光在大气中传输时产生的非线性热畸变效应对激光的传输形成严重的限制，使光束质量严重下降，到达靶面的光强远低于初始光强。文中分析了非线性热畸变形成的物理机制，从光波大气中传输的标量波动方程以及流体动力学方程组出发，对稳态和瞬态的各种非线性热畸变现象进行了分析，给出了非线性热畸变效应与激光参数的相关性，获得了较为满意的结果。     

高功率激光系统鬼光束光控制技术研究

通过理论计算与实验研究,详细分析了鬼光束(ghost beam)的传输与变换规律.研究了高功率激光系统中鬼光束聚焦形成的鬼点(ghost image)的位置与规避方法,在某高功率激光装置预放大系统中通过角度倾斜与透镜迎光面的选择等措施,成功避开了鬼点对各种光学元件带来的损伤,同时融合了笔形光束与反激光的控制技术,提高了系统输出信噪比,获得了稳定可靠的系统输出特性.     

五边形板条的优化设计及其热效应分析

对最新提出的五边形板条激光介质进行了几何光学分析,提出了优化其几何参数以提高入射光束截面宽度,尽可能充分提取增益的方法,发现五五边形板条要求介质对抽运光的吸收系数不低于某一阈值.采用有限元分析对热效应造成的波前畸变进行了分析,结果表明五边形板条在厚度及宽度方向均存在严重的热透镜效应,且无法用补偿透镜进行消除,因此,难以在高功率条件下获得高光束质量激光输出.     

绿光输出达85W的全固态绿光激光器谐振腔研究

报道了对平均功率达85 W的高功率、高稳定性全固态绿光激光器谐振腔特性的研究,将高平均功率运转条件下的KTP倍频晶体的热透镜效应等效为一个薄透镜,利用ABCD传输矩阵,通过图解方法定性地讨论了KTP晶体的热透镜效应对谐振腔的稳定性和腔内激光模式的巨大影响,理论分析表明适当大小的倍频晶体热透镜焦距不但可以有效地补偿Nd:YAG棒的热透镜效应,而且对增大激光介质中的模体积和在倍频晶体处提高功率密度都有积极作用.实验中采用了80个20 W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、两个声光Q开关、高效平-凹谐振腔结构、对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配等技术,并通过对KTP晶体采取适当的冷却方式,最终实现了高功率内腔倍频激光器的高稳定性运转;在抽运功率约为1080 W时,实现了重复频率为20.4kHz,脉冲宽度230 ns,输出功率达85 W的高功率、高重复频率绿光(532 nm)输出,不稳定性仅为士1.03%.     

强激光波前检测中的图像自动识别系统的设计

介绍了利用计算机图像自动识别技术建立高效强激光波前检测系统的设计方法,整个系统采用DELPHI编制并运行在WINDOWS95／98平台上,利用数字图像处理技术以及Delphi的可视化及面向对象编程技术,实现 对激光衍射焦斑阵列图像进行自动识别与处理,用计算机软件实现了常规Hartmann-Shack传感器中子透镜阵列的子光束聚焦过程,进而实现了对强激光波前畸变的检测。     

自适应谐振器可校正激光畸变

增益光栅衍射形成的自适应激光谐振器有望校正强抽运高平均功率固体激光系统的畸变。然而,热透镜作用等效应大大地降低输出激光的质量。南安普敦大学光电研究中心和伦敦大学帝国学院合作研制成连续波二极管端抽运固体激光器。它采用相位共轭Nd:WO4增益介质,能校正热透镜作用引起的像差以及谐振腔内的其它畸变。自适应谐振器采用四波混频产生放大的相位共轭波,共轭波两次通过谐振腔内的不同畸变体形成校正输出。在谐振腔内放入强畸变介质检查谐振器的适应性,引入任何畸变都不会影响输出。系统进一步的研究工作包括谐振腔内更高增益元件的安…     

高功率固体激光器激活介质的非辐射弛豫热吸收

分析了高功率固体激光器中激活介质的热吸收特征,建立了连续运转条件下激活离子的非辐射弛豫模型,给出激活介质非辐射弛豫热吸收对激光振荡的依赖关系,以及激光振荡条件对激活介质屈光度的影响,实验结果与理论模型分析一致。     

激光焊接中聚焦透镜热效应研究

通过理论计算和实验研究了激光焊接中聚焦透镜的热效应,以及聚焦透镜的热效应对激光焊接工艺的影响,找出了其中一些规律,对激光焊接工艺和提高焊接质量有一定指导意义。