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《四川大学》 2004年
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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
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN241

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【引证文献】
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1 陈尚武;高能激光系统光束质量评价相关问题研究[D];浙江大学;2007年
【参考文献】
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1 彭翰生,张小民,范滇元,朱健强;高功率固体激光装置的发展与工程科学问题[J];中国工程科学;2001年03期
2 刘顺发,金钢,陈洪斌,马振洲;激光通道传输热效应仿真[J];光电工程;2001年06期
3 杨成龙;非稳腔激光光束质量评价的几个问题[J];激光杂志;1997年04期
4 蒲政才,季小玲;高斯光束通过硬边光阑成像系统的传输方程[J];四川师范大学学报(自然科学版);2003年05期
5 姜文汉;自适应光学与能动光学[J];物理;1997年02期
6 王喜庆,吕百达;贝塞耳函数调制的高斯光束通过有光阑ABCD光学系统的传输[J];物理学报;2001年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张玲,杨少辰,刘欣,刘庆学,何坤娜;氪灯侧面泵浦Nd:YAG激光器热透镜效应研究[J];北方交通大学学报;2002年03期
2 黄骝,张少军,李延廷;激光光束的空间整形理论基础及发展展望[J];北京工业大学学报;2002年02期
3 刘顺发,陈洪斌,郑亚林;影响激光传输因素分析[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2002年02期
4 周南润,吕百达,陶向阳;用傅立叶级数展开法研究受光阑限制的超高斯光束的传输特性[J];江西师范大学学报(自然科学版);2002年01期
5 李宾中,陶向阳,吕百达;高功率激光二极管线性阵列光束特性的研究[J];江西师范大学学报(自然科学版);2003年02期
6 胡利云,饶志明,周南润,嵇英华,雷敏生,熊志华;受光阑限制厄米-高斯光束的聚焦特性[J];江西师范大学学报(自然科学版);2003年03期
7 涂海华,陶向阳;硬边光阑的复高斯函数展开及在高斯光束中的应用[J];江西师范大学学报(自然科学版);2004年01期
8 王春芳,涂海华,陶向阳;近解析研究厄米-高斯光束的焦移和焦开关[J];江西师范大学学报(自然科学版);2004年02期
9 王春芳,戴勇行,涂海华,陶向阳,蔡十华;截断参数对焦移量和焦开关的影响[J];江西师范大学学报(自然科学版);2004年06期
10 吕百达,季小玲;固体激光技术发展前景展望[J];重庆师范学院学报(自然科学版);1999年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张艳;张彬;文侨;;部分相干平顶光束的光谱传输特性[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
2 彭勇;胡晓阳;周文超;易亨瑜;田小强;张卫;;大口径激光束参量直接诊断技术[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
3 李大社;管绍鹏;孙文燕;;舰船无线激光通信样机的设计[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(下册)[C];2007年
4 朱颀人;杨玉军;周忠源;;强场方程的二阶对称分拆算符解法[A];Strong Field Laser Physics--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2000年
5 刘顺发;金钢;陈洪斌;马振洲;;激光通道传输热效应分析[A];第六届全国激光科学技术青年学术交流会论文集[C];2001年
6 梅掌荣;顾菊观;赵道木;;优美拉盖尔高斯光束在分数汉克尔变换平面上的Kurtosis参数[A];浙江省光学学会第九届学术年会暨新型光电技术青年论坛论文集[C];2005年
7 李亚斌;宋丰华;;激光推进中的波前检测技术研究[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
8 华恒祺;赵学庆;郑国鑫;易爱平;叶锡生;;高功率准分子激光参数测量研究[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
9 张俊;冯莹;魏立安;陈爽;李南雷;曹毓;;高功率光纤激光器端面泵浦耦合系统设计[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
10 史春波;马献华;;探测视场对激光引信作用距离影响分析[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴新民;光干涉测试中的抗振技术研究[D];南京理工大学;2002年
2 李宾中;多束激光的并合、传输变换与照明特性研究[D];四川大学;2002年
3 刘天华;高能激光器自由旋涡气动窗口的工程设计及其相关研究[D];国防科学技术大学;2002年
4 杜少军;高能激光器及其发射系统的热变形研究[D];国防科学技术大学;2001年
5 侯静;自适应光学波前探测新概念研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
6 易仕和;超声速自由漩涡气动窗口及其光学质量的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
7 许晓军;气动光学的工程研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
8 师智全;大型固体激光装置光学元件结构稳定性分析研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
9 潘留占;部分相干光及其光谱变化的研究[D];四川大学;2003年
10 罗时荣;平顶分布光束的描述、计算模拟和基于强度矩方法的激光光束质量研究[D];四川大学;2003年
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1 饶伏波;基于MEMS技术的微自适应光学系统的建模及关键技术研究[D];西北工业大学;2005年
2 向汝建;光束波前校正与信标研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2000年
3 张海燕;F+H_2反应散射的含时量子动力学研究[D];山东师范大学;2000年
4 黄汉青;高阶效应对铁磁膜中微波磁包络孤子的影响[D];暨南大学;2001年
5 董庆瑞;CH_4在Ni(100)表面离解的量子含时动力学研究[D];山东师范大学;2001年
6 张经峰;RPD方法在Cl+H_2态态反应散射中的应用[D];山东师范大学;2001年
7 傅喜泉;超短脉冲激光传输及“X射线干涉测量法”在激光等离子体电子密度测量中的理论研究[D];华南师范大学;2002年
8 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
9 薛建华;平顶高斯光束用于谐波转换效率的研究[D];河北师范大学;2002年
10 张家如;自适应光学波前校正优化方法研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李金全;张彬;但有全;张艳;肖虎;;环状平顶光束的传输特性研究[J];光子学报;2007年07期
2 季小玲,陶向阳,吕百达;高功率激光束的远场特性研究[J];激光技术;2004年03期
3 肖宏波;卢进军;;几种空心光束模式比较[J];通化师范学院学报;2006年02期
4 张蕾,蔡阳健,陆璇辉;一种新空心光束的理论及实验研究[J];物理学报;2004年06期
5 王智勇,陈虹,左铁钏;一种大功率激光加工用带式积分镜的设计[J];北京工业大学学报;2002年03期
6 陈虹,李钰,左铁钏;大功率Slab CO_2激光器光束质量的测量[J];北京工业大学学报;2005年03期
7 吴振森,骆志敏,郭立新,赵振维;湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究[J];电波科学学报;2002年03期
8 高卫,乔广林,王云萍;激光光束质量的评价参数及其特性分析[J];飞行器测控学报;2002年02期
9 刘顺发,金钢,陈洪斌,马振洲;激光通道传输热效应仿真[J];光电工程;2001年06期
10 吴晗平;激光光束质量的评价与应用分析[J];光学精密工程;2000年02期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 康小平;非傍轴标量和矢量光束的光束质量研究[D];四川大学;2006年
2 张向东;复杂目标和背景的红外与激光成象特性研究[D];西安电子科技大学;1997年
3 许晓军;气动光学的工程研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
4 潘留占;部分相干光及其光谱变化的研究[D];四川大学;2003年
5 罗时荣;平顶分布光束的描述、计算模拟和基于强度矩方法的激光光束质量研究[D];四川大学;2003年
6 范国滨;光束稳定与振动控制的光机电一体化系统研究[D];西安电子科技大学;2004年
7 陈贵敏;振动环境下光束指向稳定及其光机电一体化关键技术[D];西安电子科技大学;2005年
8 陈虹;激光光束质量对光束传输聚焦和加工质量的影响[D];北京工业大学;2006年
9 高曾辉;非傍轴光束传输特性、相干和非相干合成研究[D];四川大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周丹;近地面大气湍流特性的研究[D];中国科学院研究生院(云南天文台);2002年
2 韦宏艳;斜程湍流大气中激光波束传输特性研究[D];西安电子科技大学;2006年
3 曹青华;光束通过湍流大气干涉的初步探讨[D];电子科技大学;2006年
4 杨光强;对流层大气湍流中激光波束扩展和漂移特性研究[D];西安电子科技大学;2007年
5 李金全;环状光束的传输特性研究[D];四川大学;2007年
6 向汝建;光束波前校正与信标研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2000年
7 刘虹;哈特曼—夏克方法在激光光束波前和光束质量检测中的应用研究[D];北京工业大学;2001年
8 骆志敏;湍流大气中的波传播及散射问题研究[D];西安电子科技大学;2002年
9 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
10 李宏升;湍流对大气中传输激光束的影响[D];长春理工大学;2002年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 蔡邦维,黄文龙,吕百达,刘忠永;强激光大气传输热晕方程的积分表示[J];激光技术;1996年04期
2 张彬,吕百达;含空间滤波器的激光放大系统的逆问题[J];物理学报;1998年01期
3 潘承志,于世彭,赵世英,王绍民,陆璇辉,林强;等效M~2<1的内腔式CO_2激光器[J];应用激光;1995年03期
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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
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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
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
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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
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