光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法

激光装置光路准直系统通过多块腔镜及反射镜的角度调整,使光路的指向和位置达到物理指标要求。为提高远近场光路准直的效率,减少电机调整次数,提出一套准直算法,腔镜准直使用正圆调整算法,反射镜准直将关联系数矩阵由传统的2维改进为4维。通过准直光学实验平台,验证了该算法收敛速度快,电机调整步数更精确,移动次数更少,小于3次就满足准直精密度要求。     

非稳腔腔镜准直度判定的新方法

腔镜准直是实现非稳谐振腔正常工作的前提.目前,对非稳腔腔镜准直采用的最普遍的方法是人工调腔,该方法过于依赖人的主观认识和经验水平,因此调腔精度十分有限.为了对导引光近场干涉条纹的对称性进行更加客观准确的判断,提高非稳谐振腔腔镜的准直精度,提出了一种对条纹图在水平和垂直方向上进行灰度投影,并以投影曲线中各级峰(谷)值位置...     

紫外虚共焦非稳腔的光学准直法

本文给出了一套用He-Ne激光束辅助内调焦望远镜,对紫外虚共焦非稳腔进行光学准直的实验方法,并计算出该法的准直精度达6.9×10~(-5)rad。进行了在放电泵浦XeC1准分子激光器上应用该法准直非稳腔的实验,并给出了实验结果。     

大孔稳定腔高精度简易准直法——不透明圆光栏法

本文介绍的光腔准直法,适用于输出镜开大输出孔时的稳定腔。其特点是准直迅速、方便,且不需附加任何光源和准直仪器。其准直精度优于1×10-5rad。     

光纤技术在光路自动准直中的应用

光路自动准直系统用于惯性约束聚变的高功率激光装置的光束精密自动准直调整.针对神光Ⅲ原型装置四程放大光路对自动准直系统的调整时间和调整精度的要求,考虑到光路总体结构的要求,利用光纤像传递和光纤耦合技术,结合近场远场像传递原理,使用插入式光纤点光源实现了后腔镜的准直调整,充分考虑了四程放大的光路像传递特点,设计出一套优化合理的四程放大准直方案,并且在神光Ⅲ原型装置模拟实验平台上得到了充分的验证和考核.实验结果表明光路自动准直系统能够在15 min之内顺利完成系统的光路调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3",满足了原型装置总体的要求.     

一种高精度激光光路自动准直系统的实现

对高精度激光光路自动准直系统,提出了一种更加精准的四象限探测器的信号处理算法,采用四象限硅光电二极管代替传统的CCD探测光线指向,运用DSP技术处理探测信号,控制惯性压电陶瓷电动调节架快速自动准直,精度可达1μrad.该系统很好地解决了传统的CCD探测光线方法中的处理速度慢、校正精度低、占用资源大的问题.飞秒激光实验应用证明,系统能够实现激光光路的快速自动准直.     

基于同轴照明和光栅取样的激光束准直远场监测系统

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,结合插入的负透镜发散激光来同轴照明小孔,设计出一套新型光路远场监测方案.该方案利用光栅衍射可以灵活取样激光远场,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明,其远场监测系统的准直精度达到小孔直径的1.42%,能够满足准直系统远场调整精度(小于小孔直径5%)的要求.     

底发射VCSEL片上点阵结构光投影装置设计

为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题,提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构,并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐标变换,在无准直透镜情况下利用基于瑞利-索末菲衍射积分的Gerchberg-Saxton改进算法获得片上衍射光学元件的相位分布,并最终对该点阵投影装置的投影效果进行评估。结果表明:在衍射光学元件设计过程中采用高斯光束作为光源时,该结构能更好地抑制零级衍射,获得光强分布更加均匀的投影点阵。此外,该结构不仅可省去透镜的安装,减小投影装置尺寸,还可通过流片工艺实现光源和衍射光学元件一体化集成。     

大口径光束引导装置设计

在惯性约束核聚变装置中,为了实现高精度光束焦点位置调整的目的,采用了基于高精度自动调整反射镜进行光束准直引导的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同驱动方式下电动反射镜的调整精度数据.结果表明:柔性铰链连接直线微位移驱动机构和旋转轴框,能够有效地消除摩擦和间隙等对精度的影响,该电动反射镜能够在±15 mrad的运动范围内实现1μrad激光光束指向调整分辨率,满足了神光-Ⅲ装置的技术要求。这一结果对大型激光器中高精度光束调整系统的设计是有帮助的。     

衰荡光腔中腔镜倾斜分析

分析了衰荡腔中腔镜倾斜产生的腔长失调和单程损耗因子变化,根据失调腔矩阵分析方法并参照实验参数,建立了腔镜角度失调下反射率测量的理论模型.利用该模型,模拟了不同腔镜倾斜量下的衰荡信号波形,分析了波形变化的原因,研究了测量精度与腔镜倾斜量的关系.分析表明,腔镜微小倾斜产生的衍射损耗的变化可以忽略,但导致的腔长变化和衰荡光斑漂移,会限制测量的精度.将衰荡波形的变化用于腔镜角度的精确调节中,可以提高该测量精度.     

可见光多波段激光合束系统设计北大核心CSCD

为了实现可见光波段不同波长多路激光的精密合束,设计了一套激光合束系统。通过长焦距镜头和高缩束倍率镜头配合大面阵光电探测器分别实现合束激光指向与位置的高精度、实时监测;通过高精度的角度调节平台和位置调节平台分别实现光束指向和位置监测误差的实时补偿。在完成光束指向、位置监测镜头的设计加工及精密装调后,获得位置监测装置的监测分辨率为0.054 mm,指向监测装置的监测分辨率为3.5μrad;在完成光束位置校正平台、指向校正两维摆镜、闭环控制系统合束流程的详细设计后,对合束系统的合束精度进行实验检测和误差分析。实验结果表明:合束系统短时间内针对稳定光束的合束精度为:指向6.17μrad,位置优于0.66 mm;长时间内针对缓慢漂移光束的合束精度为:指向18.46μrad,位置优于0.72 mm。因此,所设计的激光合束系统合束精度高,并且可及时对光束的漂移误差进行自动补偿,满足系统的应用要求。     

基于光通信快速反射镜的改进型自抗扰控制算法

为了解决机载激光通信平台在工作环境中，因自身运动姿态的变换、工作环境的不稳定、外界大气湍流等外界因素对跟踪系统的干扰问题，提出一种比例积分微分（PID）与自抗扰控制（ADRC）结合的算法，在线性的自抗扰环节加入PID控制算法，对系统进行仿真和实验测试。结果表明，改进型ADRC在跟踪精度、抗扰动能力和鲁棒性方面都优于传统ADRC，改进型ADRC在跟踪精度上约为6.8μrad，传统ADRC的跟踪精度约为8μrad，可以看出，改进型ADRC的跟踪精度较传统ADRC提高了15%左右。将改进型ADRC系统的控制算法代入实际的快反镜系统中也有良好的跟踪效果。     

光栅拼接旋转偏差实时监测调节实验

为了获得拍瓦激光系统需要的大口径高破坏阈值光栅压缩器,用多块电介质膜光栅进行拼接是解决问题的有效方法.旋转偏差需要控制在1μrad内,才能避免拼接误差带来的时空特性影响,因此利用零级光和一级衍射光对旋转偏差进行独立监测,采用二次曲线拟合法对干涉条纹中心位置进行高精度测量,测量精度可达0.1 pixel,检测到旋转偏差约0.5μrad;高精度的要求受调节机构和环境的限制,需实时监测调节来保持光栅姿态,将偏转量反馈给光栅调节装置保持拼接子光栅的位置,可长时间保持在0.5μrad偏差内.实验结果表明,光栅拼接旋转偏差实时监测调节能满足拼接高精度和长时间稳定的要求.     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。     

光栅取样远场监测系统精度分析

光束自动准直系统是高功率激光惯性约束聚变装置的重要子系统,激光远场监测技术是光束自动准直系统的关键技术,基于光栅取样的新型远场监测系统可以利用光栅衍射灵活取样激光远场.对影响光栅取样系统远场监测精度的主要因素进行了分析,结果表明,系统误差为小孔直径的7.49%,包括投影误差和斜成像误差;随机误差小于小孔直径的1%,包括物像关系误差和衍射光耦合误差.     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

基于多台阶反射光栅的飞秒脉冲压缩装置

反射式光栅对是一种具有负色散性质的器件,可用于飞秒激光脉冲的压缩和展宽,具有无材料色散的优点。给出了一种基于多台阶反射光栅的脉冲压缩装置。该装置为倍密度光栅结构,由两个周期分别为40μm和20μm的四台阶反射式光栅组成。实验得到的衍射效率可以达到70%以上,输入脉冲经过两个光栅的衍射后会按原路返回,从而达到色散补偿的效果。利用此压缩装置,脉冲宽度为66.8 fs的输入脉冲压缩至接近傅里叶变换极限脉冲,即46.6 fs,由此证明只要多台阶光栅效率足够高,此装置就有可能成为不同于棱镜对进行飞秒脉冲腔内和腔外压缩的另一种途径。     

大光束光纤耦合半导体激光准直系统

光纤耦合半导体激光器广泛的应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。文中详细的介绍非球面透镜设计方法,设计了数值孔径NA=0.37,光纤芯径φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光非球面准直透镜,准直透镜的焦距f=50mm。从像质评定可以看出,非球面准直镜几乎接近衍射极限,整个系统的波像差小于0.3λ。实验结果证明,采用非球面准直系统,能提高光能的利用率,并获得高效准直光束。     

激光光束特定方向准直方法与技术

基于光束漂移量反馈通过PZT驱动的微角度控制,实时动态检测和控制激光光束特定方向的平漂量和角漂量,以达到出射光束特定方向的高稳定性。准直系统中对光束平漂量和角漂量进行了分离检测,并各自构成了平漂量和角漂量反馈控制执行系统,减小了平漂量和角漂量反馈控制中的相互耦合,提高了准直精度及准直效率。实验表明,该方法特定方向准直精度可达5×10-8rad。     

基于激光跟踪仪的快速镜面准直与姿态测量方法

提出了一种利用激光跟踪仪进行镜面准直和姿态测量的方法,分析了测量精度。分别利用高精度电子经纬仪与激光跟踪仪对单个立方镜和双立方镜进行准直和姿态测量,计算固定立方镜相邻镜面夹角和双立方镜坐标系间的转换参数,对比新方法的测量精度。同时比较测量效率、测量环境要求。实验结果显示:比于传统镜面拟合法低于0.5'的准直测量精度,新方法精度达到10量级,与主流的经纬仪方法相当;同时,新方法在测量效率上较经纬仪方法提高1倍以上,对测量环境的要求也较为宽松,在实际生产中可以代替经纬仪进行准直与姿态测量工作。