自由旋涡气动窗口的光学特性研究

文中讨论了超音速自由旋涡气动窗口的折射率结构，对设计的超音速自由旋涡气动窗口射流流场及超音速自由旋涡气动窗口的光学性能进行了数值分析和实验研究。研究了自由涡射流对透射激光产生的气动透镜效应，给出了计算和实验结果。     

用LSI法研究不同工作条件下自由旋气动窗口的光束质量

当高能激光器长时间工作或激光功率特别高时,激光器晶体输出窗口就会产生热畸变甚至炸裂,从而影响激光束质量或使激光器根本无法工作.为了解决此问题,人们利用气体对电磁辐射的选择吸收作用,提出了气体动力学激光器输出窗口(即气动窗口)的解决方案.依据不同的气动工作原理,先后提出了引射式等轴向式气动窗口,以及膨胀波式、斜激波式、膨胀波-斜激波联合式、自由旋式等横向气动窗口. 在实际工作中,由于自由旋气动窗口的工作射流的流场结构也比较复杂,也会对输出的激光的光束质量带来一定的影响.本文采用横向剪切干涉仪测量研究自由旋气动窗口在不同的工作状态下,其工作射流流场对输出激光光束质量的影响.以斯特列尔比为评价标准,给出自由旋气动窗口不同工作条件和对光束质量影响程度的关系.结果表明,在设计工作状态下,该自由旋气动窗口能较好地满足要求.(PG4)     

自由旋涡气动窗口设计以及全流场数值模拟

为了解决低腔压大功率气体激光器传统固体输出窗口的热吸收问题,多采用自由旋涡气动窗口替代传统固体输出镜的方法。通常,自由旋涡气动窗口的设计采用无粘特征线方法结合经验修正．扩压段的设计采用理论分析结合经验的方法。基于对气动窗口整个流场的数值模拟来设计气动窗口的研究还不太完善,利用超声速自由旋涡流动结构并结合数值模拟的方法．设计了自由旋涡气动窗口,用数值模拟的方法得到了较理想的扩压段宽度和位置,最后对气动窗口全流场进行了模拟,结果表明自由旋涡气动窗口的设计是可行的。     

哈特曼波前传感器光斑质心探测窗口的自动确定方法研究

根据在进行激光系统输出波前诊断时使用Hartman传感器探测到的光斑特点,提出一种基于光斑特征识别的自动搜寻并选取光斑质心探测窗口的新方法。通过对仿真光斑阵列的计算和对实际采样图像的实验,验证了这种方法的可行性和探测精度。     

高功率准分子激光参数测量研究

介绍了对高功率XeCl准分子激光MOPA系统中前三台激光器的输出激光进行的参数测量.实验分别对MOPA系统的前端输出种子光及其经过一级、二级、三级放大后所得激光进行了测量,研究包括采用哈特曼波前传感器对激光近场波前的测量和采用激光光束分析仪对激光远场光强的测量两个方面,分别得出激光的近场相位均方根误差和不同光斑尺寸定义下的远场发散角等实验测量结果,将实验结果与系统设计值进行比较分析,从而对激光器系统输出激光作出评价.     

利用剪切干涉仪测量激光大气传输相位畸变

文中就利用剪切干涉仪测量激光大气传输相位畸变的问题进行了探讨.对横向剪切干涉仪(LSI)及Hartmann波前传感器的波前探测和复原进行了类比仿真分析,结果表明在同等条件下,前者的波前复原能力优于后者.利用我们研制的二维剪切干涉仪,对激光大气传输湍流效应引起的波前畸变进行了测量,对实验结果进行了初步的研究分析,并首次得到了激光大气传输相位不连续性的直接测量结果,验证了LSI应用于测量激光大气传输相位畸变的可行性和优越性.     

自由旋气动窗口的类透镜效应研究

对高能激光器自由旋气动窗口工作射流的类透镜效应进行了研究。从实验上研究沿自由旋气动窗口射流方向上不可避免的类透镜效应的特性 ,然后采用几何矩阵光学的原理 ,从理论上对自由旋气动窗口的类透镜效应进行详细的分析计算。最后 ,分析讨论类透镜效应对自由旋气动窗口的设计所带来的限制条件。     

一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法

波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点,自动确定探测窗口、计算实际质心、参考质心、选择重建区域和获取入射波前的Zernike模式系数,讨论了参考质心选择对波前重建结果的影响。搭建自适应光学系统,通过测量和校正模拟大气像差对重建算法进行了验证。实验结果表明,基于该重建算法的自适应光学系统可以把大气扰动引起的波前像差校正到0.1 λ以下,获得接近衍射极限的成像质量,说明该重建算法具有可靠性与实用性。     

四程放大高功率激光驱动器动态波前模拟与实验研究

高功率激光驱动器动态波前特征及其规律是激光驱动器光束波前质量控制关键研究内容之一。以神光Ⅱ四程放大高功率激光驱动器为研究平台,使用ANSYS和Matlab对激光驱动器瞬时动态波前进行了模拟计算,并利用哈特曼波前分析仪对驱动器氙灯抽运引入的瞬时动态像差和热恢复像差进行了实验研究,得到其时空特性和变化规律。理论模拟和实验结果具有一致性,单片片状放大器动态像差峰谷(PV)值约为0.12λ(波长λ=1053nm),驱动器总体瞬时动态像差PV值约为5λ,呈"瓦片"形态。模拟计算和实验分析为神光Ⅱ四程放大高功率激光驱动器光束波前质量控制、激光发射顺利通过空间滤波器和片状放大器抽运均匀性优化等提供了重要的参考数据,提升了输出光束远场焦斑能量集中度,提高了驱动器激光发射的成功率和运行效率。     

采用H-S波前传感器探测虚共焦非稳腔输出光束波前像差

在腔内失调理论分析基础上,实验研究了无源虚共焦非稳腔失调前、后输出光束波前像差特性。结果表明,用Hartmann-Shack波前传感器进行探测,并用模式法进行波前重构可以较好反映输出光束波前像差,虚共焦腔耦合输出调腔光的波前Zernike像差主要集中在前15阶,其中比较显著的像差有离焦Z3、低阶像散Z4和Z5、以及球差Z10。且腔内倾斜扰动对光束强度分布有显著的影响,可能引起某些Zernike高阶像差如离焦、慧差和像散的增加,但首先带来的是Zernike倾斜像差的增大。因此在作腔内像差补偿时,应首先考虑腔内倾斜像差的补偿。     

高功率超短脉冲钛宝石激光系统波前测量实验

为表征SILEX-Ⅰ超强超短脉冲钛宝石激光装置的性能,利用高空间分辨的哈特曼波前传感器实验研究了该系统的光束波前畸变特性。实验中采用俄罗斯科学院激光和信息技术研究所研制的自缩束哈特曼波前测量系统,哈特曼波前传感器的最大入射口径可达95mm,测量精度为0.08μm。得到激光脉冲在压缩前的P-V值仅为0.13λ(λ=800nm),RMS值为0.02λ;压缩后P-V值为0.63,λRMS值为0.09λ,并对实验结果进行了分析和讨论。结果表明,该激光装置具有良好的光束质量,其主要波前畸变来源于压缩池。     

星间激光通信中的波前传感技术

星间激光通信系统要求发射的激光光束具有高度的平行性。光学衍射极限是光束在有限孔径下所能达到的最小发散度,此时波面具有大约0．3λ的波面相差。针对星间激光通信波面检测领域,较全面地总结了各类现有检测方法及特点,并给出了一种新颖的互补剪切干涉法的结构与应用实例,最后针对星间激光通信光束波面检测的可行性进行了比较。     

波前控制技术在激光照射皮肤组织中的应用

简述了激光光束波前校正计算过程,并介绍了激光光束波前控制技术在血管性皮肤损伤中应用的前景,建立了利用改变激光波前来提高透过皮肤组织光强的实验装置,详细报道了波前控制技术用于激光照射皮肤组织的实验结果。实验结果表明在照射激光剂量不变的情况下,通过波前控制可以大幅度提高穿透皮肤的激光局部能量密度。     

用于高重复频率热容主振荡功率放大器激光系统的波前检测技术

高重复频率热容主振荡功率放大器(MOPA)激光系统的工作过程一般只持续几秒至几十秒,在此过程中系统输出光束的波前畸变是动态变化的。采用环路径向剪切干涉(CRWSI)技术对高重复频率热容MOPA系统波前畸变的变化过程进行检测,并对系统的总体结构进行了设计。搭建了一个简化的实验系统,采用平凹透镜来代替光放大器产生波前畸变,并由此对环路径向剪切干涉仪的测量精度进行了验证。结果表明,实验测量结果与理论计算值之间的峰值误差为7.8%(0.02λ)。     

高斯光束质量与波像差之间的关系

为了考察光阑截断时高斯光束质量与波像差之间的关系,采用高斯光束值作为截断高斯光束质量的评价参量,通过数值仿真的方法分析光学系统波像差对截断高斯光束质量的影响,给出了高斯光束值与波像差间的拟合关系。讨论了高斯光束质量与Kolmogoroff大气湍流强度间的关系,并给出了二者间的拟合公式。结果表明,该拟合公式的计算结果在相当广的湍流强度范围内与数值仿真结果较好吻合,这也进一步验证了高斯光束值与波像差拟合关系的正确性。     

光束波前畸变的模拟及其相位梯度分析

大口径光学元件的表面制造误差会使透射或反射波前产生畸变,这是天文光学系统以及ICF激光系统关心的问题.文章使用了一个随机相位屏来模拟光学制造误差导致的光束波前畸变,并利用波前相位梯度这个参数来对波前畸变进行定量化分析.介绍了波前相位梯度的定义和算法,通过数值计算得到了一维和二维波前畸变的梯度分析结果,并对不同畸变情况的模拟结果进行了比较.     

光纤激光相干合成中倾斜波前控制的研究进展

相干合成是获得高功率、高光束质量激光输出的有效方法之一。在光纤激光相干合成中,各路激光的活塞相差、倾斜波前和光束拼接方式直接影响合成光束的质量。各个单元光束波前的倾斜误差对合成的效果有重要影响,因而倾斜波前控制具有重要的意义。详细介绍了液晶空间光调制器、高速倾斜镜和光纤自适应准直器等常用的倾斜控制器件,对比目前用于倾斜波前控制的不同方案,分析了各方案的优缺点。并对光纤激光相干合成中倾斜波前主动控制的发展进行了总结和展望。     

基于激光钠导星的星载自适应光学系统

用于对地观测的星载光学系统受空间环境及相机内环境的影响而存在波前畸变问题,从而导致成像质量变差。为获得分辨率达到近衍射极限水平的图像,需要利用自适应光学技术对波前畸变进行自适应光学校正。提出了一种基于星外信标的自适应光学系统实现畸变波前校正的方案,并给出仿真实验,从而为星载自适应光学的进一步研究提供了依据。     

哈特曼波前传感器的应用

夏克—哈特曼（S－H）波前传感器可以用很高的采样频率同时测量出光场的相位分布和强度分布。它不仅作为波前传感器广泛地应用于自适应光学系统之中，而且还用于光学元件和光学系统的检测、激光光束质量诊断和大气扰动测量之中。我们研制了一系列S－H波前传感器。本文总结了这些传感器在不同领域的测量结果。