光束控制系统中热效应的数值模拟

编制了四维仿真程序,用以研究光束控制系统中的热效应对强激光传输的影响.作为数值模拟例,用Strehl比、可聚焦能力(即86.5%环围功率半径)、像散参数和光束重心偏移表征远场光束质量,研究了初始场分布为高斯和平顶分布的光束通过光束控制系统传输时热效应对远场光束质量的影响.结果表明,远场光束质量与初始场的空间分布有关,且随发射功率增大而变差.     

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。     

无衍射光束及二元旋转棱镜器件的设计

由旋转棱镜（ａｘｉｃｏｎ）器件生成的无衍射光束（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｎ－ｆｒｅｅｂｅａｍｓ）横截面上的光强分布具有传播不变性，因而具有相当广泛的应用前景。介绍了无衍射光束及其特性，提出二元ａｘｉｃｏｎ的设计方法，并给出了计算机模拟的设计结果。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

截断光束在湍流中传输的光束质量

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出截断光束在湍流中的束宽解析表达式,并近似求解了湍流距离的表达式。利用光束束宽及湍流距离,研究了湍流对截断光束的光束质量的影响。研究发现截断光束在湍流中的扩展随传输距离的增大而增大。此外,湍流距离zT随截断参数啄和相干参数琢的增大而减小,即啄和琢越大,湍流对光束扩展的影响则越大,光束质量越差。本文对主要结果给出了相应的物理解释。     

非Kolmogorov大气湍流对高斯谢尔模型光束光谱变化的影响

基于非Kolmogorov谱模型,利用广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了高斯谢尔模型(GSM)光束在非Kolmogonov大气湍流中光谱的解析表达式,并用其研究了非Kolmogorov大气湍流对GSM光束光谱变化的影响。结果表明,GSM光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时有光谱移动(蓝移和红移)和光谱跃变发生。光谱跃变的发生与离轴距离r、广义指数参量α、广义结构常量C_n~2、湍流内尺度l_0、湍流外尺度L_0和传输距离z有关。随着广义指数参量α的增大、湍流内尺度l_0的增大及广义结构常量C_n~2的减小,光谱跃变量△减小,光谱跃变临界位置z_c增大。该研究工作可为自由空间光通信等实际应用提供理论模型和计算依据。     

内光路热效应和像差对远场光束质量的影响

选取桶中功率PIB,Strehl比,β和像散参数wx/wy作为远场光束质量的评价标准,用自编的四维仿真程序就内光路热效应和像差对光束质量的影响作了详细的数值计算和分析。研究表明,离焦、像散和热效应都将导致远场光强分布出现畸变,可聚焦能力降低,光束质量变差。     

半凹旋转棱镜对光束的变换

对半凹旋转棱镜对光束的变换进行了详细的理论分析,定量计算了变换光束的空间强度分布.结果表明经半凹旋转棱镜变换产生的光束具有近似“无衍射”性质.     

基于微透镜阵列的光束积分系统的性能分析

为了提升高功率固体激光器抽运光束的均匀性,研究了成像型和非成像型光束积分系统光束匀化机理。从光斑尺寸、最大入射角及光斑均匀性三个方面,详细对比了两种积分系统的性能特点。分析表明,成像型光束积分系统不但具有更好的匀化效果,相比非成像型还降低了对半导体激光器(LD)光束准直的要求,并且可调整微透镜阵列间距实现光斑尺寸的改变,拓展了系统应用范围。经实验测试,在照明范围内LD阵列光束经成像型积分系统后光斑不均匀性小于10%。     

高功率半导体侧向泵浦固体激光器热效应对光束质量的影响

高功率半导体侧向泵浦固体激光器中的动态热效应严重影响激光的光束质量。本文从研究激光热稳定腔的输出特性出发,测量了激光输出功率、光束质量M2因子随激光腔型和泵浦电流变化的关系,分析了热效应引起光束质量变化的机理,实验结果得到了很好解释。     

磁流体旋转关节的热分析及散热设计

通过传统热设计理论对大功率雷达中的关键微波器件磁流体旋转关节进行了热分析和散热设计,并通过Flotherm热分析软件进行了仿真计算.     

光束焦深区热晕效应实验研究

进行了聚焦光束焦深区稳态热晕效应的实验观测,获得在了不同热畸变参数情况下,相对光斑半径和Ａｒｒｙ斑面积内光强的测量结果。实验表明主激光焦深区热晕效应对信标光接收瞳面上的光强分布影响较大。     

内通道气帘的设计与分析

保持光传输通道内单一均匀的低吸收系数气体,对削弱内通道中的气体热效应有重要意义。采用气帘作为封装设备,对气帘的结构进行了设计。取气帘入口气体为氮气,出口气体为空气,借助现有计算流体力学软件FLUENT提供的组分输运模型,对气帘进行了数值模拟。结果表明,气帘入口段形成的平面射流可以阻挡外界空气的回流;在氮气与氧气相混合的区域内,尽管气体密度存在一定起伏,但气体密度变化的梯度方向与光传输方向基本是平行的,这种密度起伏只会对光场相位的活塞项产生影响,不会影响激光的远距离传输。最后,对气帘的性能进行了实验测试,实验结果表明,设计的气帘能够对管道内的气体进行密封,并避免了较大光程差的引入。     

聚焦光束热晕效应相位补偿定标规律研究

非线性热晕效应对高能激光大气传输有重要的影响,一个可以用来预测和评价高能激光在不同传输条件下自适应光学系统补偿效果的定标规律对实际的工程应用有重要的意义。利用激光大气传输四维仿真程序,通过仿真不同空间带宽的自适应光学系统,在均匀路径下,对不同发射口径、不同传输距离聚焦光束稳态热晕的相位补偿进行了数值计算。结果表明,自适应光学系统空间带宽对聚焦光束热晕效应的相位补偿影响差别不大,使用广义畸变参数N可以较好地定标其相位补偿效果。     

行波管电子注测量系统探头的热分析

本文介绍了一台行波管电子注测量分析系统,并且对其中关键的法拉第筒探头进行了热分析。通过理论和仿 真计算探头的脉冲以及稳态温度分布。探头只在每个脉冲电子束团轰击期间产生一个较高的脉冲峰值温度,探头的稳 态温度较低。通过测试结果表明,探头的稳态温度要比仿真结果高,但是远低于探头损坏的温度,探头适用于测量系 统。     

高反膜片的热效应及其数值模拟

高反膜片的相位反射和振幅反射随温度的变化而变化,从这种实现现象入手,分析了膜层材料参数的变化对高反膜片热效应的影响,从而得出折射率的变化是导致高反膜片热效应的主要原因。     

高能激光及其采样后大气传输中湍流及热晕效应的比较

通过数值模拟，比较了高能激光及其采样后在湍流大气中传输时远场中央长曝光斑的环同能量半径与扩展等情况。结果表明，在仅有湍流时两者保持不变，而热晕会导致光斑的进一步扩展；采样器的透光比越低，热晕对光斑的扩展影响越小；未采样高能激光的远场中央光斑相对于高能激光经采样后的远场中央光斑的扩展，可归因于热晕效应。因此，利用光束波前采样器对高能激光及其采样后在湍流大气中传输时的远场光斑特性进行比较，就可以诊断高能激光大气传输热晕效应。     

浅谈红外系统防激光致盲问题

叙述了激光辐照对红外系统的致盲作用，介绍了红外系统对抗激光致盲的几种方法。     

非高斯光束脉冲热透镜技术

将非高斯加热光束引入到模式不匹配的脉冲热透镜技术中,描述了非高斯加热光束热透镜技术的优点。实验研究了不同加热光束形状时热透镜信号的振幅和时间特性以及与实验参数的关系。实验结果显示在不同加热光束形状时都可通过使用近场探测构型和优化实验参数如探测距离提高热透镜技术的测量灵敏度,而通过使用远场探测构型则可消除实验参数对材料热性质测量的影响。