多束激光的并合、传输变换与照明特性研究

【摘要】： 针对强激光技术领域激光照明技术等的应用需求背景，本论文研究了多束激光的并合、传输变换与照明特性。本论文主要工作总结如下： 1． 综述了强激光技术领域中激光照明和高功率激光二极管阵列的研究现状。阐述了研究光束传输变换的理论方法，主要包括矩阵光学、广义惠更斯-菲涅耳衍射积分、Wigner分布函数方法等。 2． 研究了高功率激光二极管阵列光束的特性。采用混合厄米-高斯光束模型描述半导体激光二极管的输出光束，用离轴的混合厄米-高斯光束的一维并合、二维并合分别模拟高功率激光二极管一维线阵、二维叠层阵列光束，研究了它们的光束质量和像散，以及阵列光束的对称化，推导出了M~2因子、内禀像散不变量的解析式。实验测量了激光二极管阵列光束的束宽。 3． 研究了复杂像散高斯光束、部分相干光的并合光束传输变换特性和光束质量。研究了偏振高斯光束的并合光束传输变换特性和偏振特性。 4． 研究了多束高斯光束叠加模型光束(MGB)的传输变换特性，并与超高斯光束(SGB)的传输变换特性进行了比较。基于二阶矩定义，利用Wigner分布函数方法推导出了MGB光束的束宽、远场发散角、M~2因子、K参数等重要光束特征参数的解析式。结果表明，在广义菲涅耳数相等的面上，它们具有极为相似的传输变换特性。 5． 首次提出多束部分偏振部分相干光叠加模型光束(m-PGSM)的概念并研究了其传输变换特性和偏振特性。推导出了其束宽、远场发散角、M~2因子、K参数，以及偏振度P的解析式等的重要光束特征参数。这类光束具有普遍意义，多束部分相干光叠加模型光束(m-GSM)和多束高斯光束叠加模型光束(MGB)均为其特例。 6． 对多束激光在不同大气湍流强度下对空中目标的照明特性进行了数值模拟，并对多束激光照明均匀性进行了外场实验研究，同时探讨了照明光源相 四川大学博士学位论文 下性与照明均匀性白关系卜＿． 本沦文研究结果对使用多束激光作为目标的照明光源和二极管阵列光束的－ 描述具有重要的实际意义。