收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高功率畸变激光的传输特性和光束控制研究

季小玲  
【摘要】:在高功率激光装置的设计和建造中,除了需要解决提升功率/能量的技术方案外,必须研究如何提高光束质量问题,以能满足实际应用要求。实际的高功率激光通常都有振幅调制和相位畸变。特别是,高功率激光通过大气传输引起热效应而导致激光束产生相位畸变,从而降低光束质量。本论文以高功率激光的一些重要应用为背景,研究有振幅调制和/或相位畸变激光束的传输特性和光束控制。主要工作包括: 1.以广义惠更斯—菲涅尔衍射理论为基础,采用Zernike多项式描述像差光束畸变波前相位,研究了平顶高斯光束、超高斯光束、高斯光束以及平面波通过像差透镜和环状像差透镜的传输。本论文根据自由空间中光束的传输方程,利用多点拟合的方法,通过数值计算,首次研究了激光束通过球差透镜后的M~2因子随球差的变化规律,并用M~2因子、桶中功率(PIB)和K参数作为光束质量评价参数,讨论了透镜的像差、遮拦比等对激光光束质量的影响。研究表明,正球差使得光束的实际焦点位置远离透镜,峰值光强减小;负球差使得光束的实际焦点位置靠近透镜,峰值光强增大。因此,选取适当的正球差参数,可实现所谓的无焦移聚焦,甚至反向聚焦,而适当选取负球差可实现超衍射极限聚焦。相对与无球差情况,超高斯光束通过球差透镜后其轮廓可能是低峰态、常峰态或高峰态,而这取决于正负球差和传输距离。球差使光束的M~2因子增大,光束质量变差。在几何焦面上球差系数绝对值相同的正、负球差对应的PIB曲线重合,但在实际焦面上却分开了,且负球差系数对应的光束有最大的PIB值。利用负球差透镜在实际焦面上可获得最佳的聚焦能力。从能量集中度的角 四川大学博士学位论文 度来衡量,正球差使得光束质量降低,而合适参数的负球差透镜使得光束质量 得到改善。光束在实际焦面和几何焦面上的PIB均随着透镜的遮拦比的增加而 降低,八参数随遮拦比的减小而减小,即光束可聚焦能力随透镜的遮拦比的增 加而降低。高斯光束通过像散透镜后,在透镜的几何焦面上仍为高斯分布,其 它位置处为椭圆高斯分布。超高斯光束通过像散透镜后,在几何焦面上光强随 着像散程度的加剧而逐渐趋于平顶分布。高斯光束通过倾斜透镜,其光束的重 心沿x轴和y轴的平移距离与光束倾斜系数和传输距离成正比。像散和倾斜不 改变光束的MZ因子,但使得光束的PIB降低。从实际应用而言,PIB应比MZ 因子更好地描述了像散和倾斜光束的光束质量。所得结果对实际应用有意义。 2.实际的高功率激光系统,例如激光聚变驱动器中常含有多个硬边光阑, 且常按变换矩阵元B“O排布。这类光学系统实际上可等效为含有多个光阑B=0 的成像系统。光束通过硬边光阑的传输常得不到解析的公式,通常需要直接从 Culhns公式出发作数值积分,但耗时甚多。特别是,研究有振幅调制和相位畸 变的激光束通过硬边光阑的传输,需用互强度表示光束,因为衍射积分重数加倍 而增加计算难度和计算量。本论文将复高斯函数展开方法进一步推广用于研究 畸变光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传输变换,首次推导出了部分相 干光、有振幅调制和相位畸变的激光束通过含有多个硬边光阑复杂光学系统的传 输公式,以及平顶高斯光束通过多光阑B=0成像系统的传输公式,使计算机时 大为减少,并保证足够的计算精度,仅在靠近光阑的近场处,会有较大误差。 本论文的主要特点一是将单光阑推广到多光阑的ABCD光学系统,所得结果更 具有一般性;二是考虑了光束的部分空间相干性、振幅调制和相位畸变。所发 展的方法和有关结果的主要优点是为高功率激光通过多光阑复杂光学系统的变 换提供了一个保证精度的快速算法,对复杂光学系统光传输问题的计算模拟有 实际应用意义。 3.高功率、高能量激光系统的光束控制系统内(通常称为内光路)的热效 应(热晕)对远场光束质量有很大的影响。虽然对激光大气传输己作了许多深入 的研究,但迄今仅有很少的文献报道了内光路中的热效应对光束质量的影响。 一方面,由激光器或光学元件加工误差等因素要引起的像差。另一方面,实际 四川大学博士学位论文 的高功率激光常由非稳腔产生,其近场为环状非均匀分布。本论文用自编的四 维光束传输程序,首次对激光束本身的像差(球差、离焦和像散)和非均匀分 布对远场特性的影响作了计算模拟和分析。采用桶中功率、Strehi比、PIB、刀 参数、像散参数、光束重心位置和峰值光强位置评价远场光束质量。研究表明, 内光路中的热效应对远场(几何焦面)光强分布会产生很大的影响,它使得光 束的远场光强峰值减小,光斑扩散,光束质量降低。球差高斯光束在自由空间 传输,绝对值相同的正负球差光束在远场的场分布是相同的。但是,高功率激 光通过内光路,与无球差情况相比较,正球差使光束在远场的可聚焦能力降低, 中心光强减小,峰值光强不再出现在中心;而选取合适的负球差,当发射功率 达到一定值时,在远场可得到更高的中心峰值光强和光束可聚焦度,即获得更 好的远场光束质量。离焦使光束在远场的峰值光强减小,光束可聚焦能力降低, 光束质量变差。像散高斯光束在自由空间传输,在远场是无像散的,但非线


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 闫连山,张世文;紧包漫反射腔输出偏振特性与光束质量的关系[J];激光与红外;1999年05期
2 宗楠;李成明;陈亚辉;崔大复;许祖彦;;光泵垂直扩展腔面发射半导体激光器的研究进展[J];红外与激光工程;2007年06期
3 郭汝海;李殿军;杨贵龙;张来明;;大功率TEA CO_2激光器非稳腔的设计与实验[J];中国光学与应用光学;2009年03期
4 陈哲,胡永明,廖延彪,曾淳,常胜利,王金宝;高功率激光束光束质量的数值评价方法[J];光电子.激光;1998年05期
5 杨林;段开椋;罗时荣;赵卫;王屹山;;高功率光子晶体光纤激光器实验研究[J];强激光与粒子束;2009年10期
6 胡诗杰;吴健;;板条激光器光束质量评价及提高光束质量的方法[J];激光与光电子学进展;2010年04期
7 杨贵龙;邵春雷;郭汝海;孟范江;李殿军;郭立红;郭劲;;高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究[J];强激光与粒子束;2010年10期
8 彭钦军;许祖彦;;高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展[J];强激光与粒子束;2011年07期
9 房明星,李强,姜梦华,左铁钏;四棒串接连续灯泵浦Nd:YAG大功率激光器[J];强激光与粒子束;2005年11期
10 苏宙平;楼祺洪;董景星;周军;魏运荣;;改善高功率激光二极管阵列光束质量的一种新方法[J];物理学报;2007年10期
11 赵振宇;段开椋;王建明;赵卫;王屹山;;高功率光子晶体光纤放大器实验研究[J];物理学报;2008年10期
12 闫莹;张恒利;刘洋;沙鹏飞;李静;邢冀川;辛建国;张怀金;何京良;;激光二极管端面泵浦Nd:YVO_4板条激光器[J];北京理工大学学报;2009年05期
13 周朴;王小林;马阎星;马浩统;许晓军;刘泽金;;孔径填充——光纤激光阵列相干合成中的关键技术[J];激光与光电子学进展;2010年02期
14 冯驰;李强;姜梦华;王宝华;;Nd:YAG调Q脉冲激光器微孔实验研究[J];北京工业大学学报;2010年03期
15 ;新书推荐——高功率光纤激光器及其应用[J];中国激光;2011年01期
16 史晶晶;田振华;秦莉;张岩;王贞福;梁雪梅;杨晔;宁永强;刘云;王立军;;850nm大功率垂直腔面发射激光器[J];光电子.激光;2010年10期
17 田振华;胡永生;秦莉;张金龙;宁永强;王立军;刘云;;高功率垂直腔面发射激光器的光束准直特性[J];发光学报;2011年09期
18 张军,潘玉寨,胡贵军,张亮,王立军;高功率光纤激光器的应用与展望[J];半导体光电;2003年04期
19 张志伟;新一代高功率固体绿光红外激光器及其科研应用——薄片式Yb∶YAG激光器[J];光机电信息;2004年09期
20 周朴;马浩统;马阎星;王小林;许晓军;刘泽金;;单链路光束波前畸变对相干合成系统相位控制的影响[J];中国激光;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢仕永;申玉;王鹏远;王志超;薄勇;彭钦军;崔大复;许祖彦;;高功率高光束质量1319nm全固态Nd:YAG激光器[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年
2 刘伟慈;徐文成;;双包层高功率光纤激光器的特性研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
3 施翔春;;高功率固体激光器的发展趋势[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(C 激光技术与应用专题)[C];2006年
4 张来明;李殿军;郭劲;;高功率大口径激光束无畸变衰减压缩系统[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
5 高宏伟;彭钦军;崔前进;李平;崔大复;许祖彦;;3棒谐振kW级高功率全固态激光系统[A];第七届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集[C];2007年
6 刘德明;阎嫦玲;;高功率光纤激光器的关键技术及应用[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(C 激光技术与应用专题)[C];2006年
7 金成昌;孟波;任鉴民;;一种新型高功率碱锰电池[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
8 何晶晶;张湘英;王侠;;高功率光纤耦合器的实验研究[A];2007年全国第十六届十三省(市)光学学术会议论文集[C];2007年
9 周恒;;偶极天线用于高功率微波功率测量的研究[A];第三届全国加速器技术学术交流会论文摘要集[C];2007年
10 郭亚银;张力;黄国溪;杜晨林;阮双琛;;LD端面泵浦Nd:YVO_4复合晶体高功率黄光激光器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王海林;高功率固体激光器性能优化与实验研究[D];华中科技大学;2004年
2 季小玲;高功率畸变激光的传输特性和光束控制研究[D];四川大学;2004年
3 侯立峰;高功率垂直腔面发射半导体激光器热理论与制备工艺研究[D];长春理工大学;2010年
4 魏小红;高功率激光非线性过程中的光束质量与传递特征[D];复旦大学;2009年
5 周雷;高功率Er/Yb共掺光纤放大器的研究[D];天津大学;2010年
6 刘建丽;利用全固态激光技术及光学参量过程产生高功率连续单频激光的理论和实验研究[D];山西大学;2011年
7 刘国华;高功率光纤激光器的理论研究[D];华中科技大学;2007年
8 李晶;高功率大模场光纤的光传输放大特性研究[D];中国工程物理研究院;2011年
9 张素梅;有机薄膜场效应晶体管和高功率远结激光器的研究[D];吉林大学;2005年
10 贾秀杰;高功率光纤激光器及其相干合成技术的研究[D];南开大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 喻松;激光的传输特性及其在高功率固体激光系统总体设计中的应用[D];华南师范大学;2002年
2 易煦农;光束质量的评价及其在高功率激光中的应用[D];华南师范大学;2005年
3 杨毅松;频率转换对高功率激光光束质量和聚焦特性的影响[D];四川大学;2005年
4 张铮;200W高功率全固态激光器的特性研究[D];华中科技大学;2007年
5 张阔海;大功率Nd:YAG激光束光纤耦合技术研究[D];北京工业大学;2003年
6 迟晓丽;离子辅助镀高功率CO_2激光薄膜研究[D];华中科技大学;2004年
7 王帅;碱性条件下高功率放电锌电极的性能研究[D];天津大学;2007年
8 吴彩缘;高功率双包层光纤激光器及其应用[D];厦门大学;2009年
9 韩有镇;高功率横流CO_2激光器流道的温度场仿真与参数优化[D];武汉理工大学;2005年
10 赵华君;ICF固体激光驱动器中Kerr效应的研究[D];四川大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王迅;江苏奇能:4亿元投向“绿色电池”[N];中国有色金属报;2008年
2 山东 杜军;高功率恒光控制电路[N];电子报;2001年
3 冯锦;高功率开创的节能“大空间”[N];中国电力报;2007年
4 王雷;终极“杀手”从蘑菇云中诞生[N];解放军报;2007年
5 ;散热问题持续困扰高功率白光LED的应用[N];电子资讯时报;2007年
6 陈淑玲;茂达电子新推白光LED驱动IC[N];中国电子报;2008年
7 梁立明 DigiTimes;艾笛森发布250流明高亮度单芯片白光LED[N];电子资讯时报;2007年
8 记者 陈勇、通讯员 周宏亮、胡安慰;“光谷激光”与世界巨头并肩称雄[N];湖北日报;2006年
9 李存才;低噪音发电车京城亮相[N];中国财经报;2007年
10 ;可挠式基板在LED布线用基板中应用越来越广[N];电子资讯时报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978