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。

基于倾斜波前技术的高能强场太赫兹辐射脉冲源

回顾了基于倾斜波前技术并利用飞秒激光抽运铌酸锂晶体产生高能强场太赫兹辐射脉冲源的研究背景和发展历程,系统地介绍了倾斜波前装置中各组成部分对太赫兹辐射脉冲的能量转化效率以及发射特性的影响,提出了利用这种技术产生mJ量级的超强太赫兹源的可能途径,展示了强太赫兹源的潜在应用价值。

斑点图的重心与波前倾斜

论述了斑点图重心与瞬时波前倾斜的关系,证明了斑点图重心位置与瞬时波前倾斜的一致性,这种一致性无论光瞳孔径是否大于大气相干长度均是成立的。这一结论并未严格受限于近场近似条件,结论的一个重要推论是:用重心对准的位移叠加法对斑点图进行统计后所得到的传递函数就是大气望远镜综合系统的平均短曝光传递函数,该推论对于自适应光学和高分辨率图像重建技术均具有非常重要的意义。

自适应光学应用于月球激光测距中视场旋转对大气波前倾斜量提取的影响

自适应光学技术应用于月球激光测距试验中需要实时针对月面扩展源进行大气波前倾斜量的提取,望远镜在跟踪月亮的过程中存在月面本身相对望远镜的物方视场的旋转以及望远镜自身的运动所引起的像方视场的旋转,本文讨论了望远镜物方视场及像方视场旋转的规律以及其对大气波前倾斜量提取的影响。

基于月面图像的大气波前倾斜量提取算法的性能分析

为了提高月球激光测距试验中的回波光子数,考虑将自适应光学技术应用于云南天文台1.2 m光学望远镜,以实时校正望远镜跟踪误差和由于大气湍流的影响而造成的到达月球表面的激光束的扩展与漂移效应。针对月面为低对比度扩展源的特点,利用互相关函数法及绝对差分算法对采集的月面图像进行了大气波前倾斜量的提取。模拟了未去除和去除大气波前倾斜量的月面长曝光图像,发现去除大气波前倾斜量后的图像对比度较未去除有了相应提高。研究表明:月球激光测距试验中,绝对差分算法更适合用来提取大气波前倾斜量。

恒星光干涉仪波前方向校正系统的研究

利用波前方向校正技术实现两相干光束的平行性控制 ,进而保证干涉条纹可见度损失最小 ,是恒星光干涉仪中的关键技术之一。进行了波前方向校正系统的原理分析和设计探讨 ,详细讨论了该系统中的 80 98控制单元、高压驱动电源、摆镜结构设计及压电陶瓷堆 (PZT)的驱动机理 ,并介绍了用于测试摆镜响应频率等参数的高速

光纤激光相干合成中倾斜和锁相同时控制的实验研究

光纤激光的相干合成是获得高能量密度、高光束质量激光输出的有效方法之一。在相干合成中,各个单元光束的倾斜波前畸变和活塞相位误差对合成的效果具有重要影响。搭建了两路光纤激光相干合成系统,利用光纤自适应准直器和相位调制器对相干合成中倾斜波前畸变和活塞相位误差进行校正。实验系统以高速相机采集的光斑数据作为评价依据,通过计算机程序进行控制,控制算法为随机并行梯度下降算法。在倾斜和锁相控制前,合成光斑的条纹对比度为0.03,桶中功率为8.03;在倾斜和锁相控制后,合成光斑的条纹对比度达到了0.59,桶中功率达到了32.89,说明实验中倾斜和锁相控制显著提高了相干合成的效果。

激光大气水平传输湍流畸变波前的功率谱分析I:波前整体倾斜与泰勒频率

利用自适应光学系统的哈特曼 (Hartmann)波前传感器 ,测量了激光实际大气水平传输湍流畸变波前中整体倾斜像差的时间功率谱 ,发现功率谱谱形与科尔莫戈罗夫 (Kolmogorov)湍流理论不完全符合。建立了一种根据实际测量的整体倾斜功率谱估测自适应光学系统倾斜镜需要的控制带宽大小和大气湍流的泰勒 (Tyler)频率指标的方法。

基于波前倾斜的太赫兹单次测量研究

太赫兹单次测量技术可以对一些超快不可逆过程进行快速测量,在蛋白质变性、核爆模拟分析等领域具有广阔的应用前景。从飞秒激光放大器发出的光脉冲分成两束并分别经过两块光栅产生波前倾斜,一束作为抽运光激发铌酸锂晶体,基于光整流效应产生高功率太赫兹波;另一束作为探测光,采用正交平衡探测法探测。利用该光路产生太赫兹脉冲并对其进行单次测量,系统的时间窗口为16.8ps,频谱范围覆盖0.1~1.6THz。

高精度球面检测中调整误差的精确校正

针对高精度球面检测中球面的调整误差影响,分别研究了波前离焦和倾斜所引入的Zernike像差项,并以此为基础,提出了基于Zernike系数的高精度球面调整误差校正方法.利用Zygo干涉仪对大数值孔径的待测球面进行了检测,实验中对待测球面同时引入波前离焦和倾斜误差,再分别运用所提出的校正方法和传统的消倾斜离焦校正方法得到波面数据并进行对比,进而验证了所提出的校正方法的可行性.实验结果表明,利用该方法可有效地校正大数值孔径球面存在调整误差时所引入的球面像差,并且实验中的校正精度达到了0.002λ(λ为检测光波长).提出的基于Zernike系数的球面调整误差校正方法可降低对于调节机构的精度以及检测人员的经验要求,在高精度球面检测中具有非常高的实际应用价值.

飞秒啁啾脉冲放大系统中折叠反射式望远镜对脉冲波前的影响

推导出飞秒激光啁啾脉冲放大系统中使用的折叠反射式望远镜对脉冲波前的影响 .分析和计算了波前倾斜与反射式望远镜参数之间的关系 .结果发现 :当脉冲宽度小于 10 0fs时 ,波前倾斜对光束质量的影响不可忽略 ,并提出了抑制这种脉冲波前倾斜的有效方法 .

用于自适应光学系统的激光引导星

自适应光学系统应用于天文观测时应满足一些技术要求，其中的关键技术之一是自适应光学系统为了对畸变的光波进行采样，需要在其很小的等晕角内有足够的信标强度。激光引导星，即人造信标，就是解决这种问题的方法之一。特别是在观测天文暗目标时，其自身的光强度不能为波前探测提供信息，激光引导星就显得非常重要．根据国际上的最新进展对激光引导星技术给予了介绍，重点介绍了激光引导星的局限性，对近几年提出的对激光引导星可能的倾斜测量技术也进行了简介。

月球激光测距的新技术方法研究

月球激光测距是国内外所瞩目的宏伟目标 ,代表着单光子探测技术的高峰。本论文的目的是探索提高激光测月回波光子数的新方法 ,进而增加激光测月成功的几率。其思路是源于一个新的想法 :在激光测月过程中引入大气波前倾斜量实时补偿的技术。首先介绍激光测月的现状和其难度所在 :回波光子数太少 ,基本上属于亚光子探测范畴。在现有技术条件下 ,本文对影响激光测月回波光子数的因素逐一进行分析讨论 ,提出应该把激光束截面能量分布和大气湍流效应包括进去。为此分析讨论了大气湍流和大气中光场的基本统计性质、激光束在大气中传输时所受大气湍流的影响以及大气湍流对激光测距的影响 ,得出大气湍流特别对激光测月有着明显影响的结论。在此基础上对传统的激光测距方程进行了修正 ,使其应用到激光测月时更符合真实的情况 ,从而指导补偿的进行。涉及到在激光测月中对受大气湍流而畸变的激光束进行补偿 ,本文抓住重点 ,通过分析看出对大气倾斜量的实时补偿是提高激光测月回波光子数的重要因素。结合激光测月以及云南天文台现有测距系统的实际情况 ,本文独创性地提出利用激光测月目标近旁一定大小区域的扩展面源探测与计算大气倾斜量 ,然后对激光测月中的激光束进行大气倾斜量实时补偿的新技术方法。在分析比较?

一种激光导引星自适应光学系统中激光上行到达角起伏测量方法的研究

激光导引星波前倾斜测量问题是限制自适应光学技术在天文领域广泛应用的关键问题之一。测量并改正激光上行到达角起伏是解决这一问题的有效方法。提出一种基于统计平均算法而不依赖自然导引星和辅助望远镜的测量方法,可以有效地测量出激光上行到达角起伏。利用具有子孔径阵列的哈特曼波前传感器对激光信标进行探测,选择部分子孔径进行倾斜量的统计平均以获得激光上行到达角起伏。仿真了统计平均算法的误差随子孔径数量的变化关系。结果表明,最小算法误差相对于望远镜全口径倾斜误差的下降比例与大气相干长度无关,而与望远镜口径有关。望远镜口径越大,算法误差相对于全口径倾斜误差下降越多。当望远镜口径为10 m时,最小算法误差下降为望远镜全口径倾斜误差的33%。

延迟随机并行梯度下降算法用于相干合成中倾斜控制的数值模拟

对延迟随机并行梯度下降（D-SPGD）算法在远距离相干合成中倾斜控制进行系统研究，并与传统的随机并行梯度下降（SPGD）算法进行对比。理论研究结果表明，该算法可以明显降低传输延时对控制带宽的限制，显著提高远距离系统倾斜控制的效果，有望在远距离相干合成系统中得到实际应用。

强太赫兹脉冲产生及硒化镓晶体非线性效应研究

为探索单周期或亚周期的强场太赫兹脉冲抽运下各种材料的非线性光学响应,基于铌酸锂(LiNbO3)晶体,采用飞秒脉冲倾斜波前技术,获得了单脉冲能量为2.6μJ、峰值场强为632 kV/cm的强太赫兹脉冲输出,并在该辐射源的基础上搭建了太赫兹抽运-光探测系统。利用该系统研究了硒化镓(GaSe)晶体的非线性光学响应,观测到亚周期的太赫兹脉冲诱导的光学双折射,其引起的相位变化与普克尔斯效应和克尔效应相关。研究结果为强场太赫兹抽运下介质的非线性效应分析提供了思路,为材料的电光系数和非线性折射率系数的测定提供了借鉴。

铌酸锂受激辐射太赫兹波的结构优化与模拟

提出一种基于接触光栅的共线型铌酸锂强太赫兹辐射源方案,其特点在于实现了泵浦光入射方向与太赫兹波辐射方向的共线,直接省略了传统倾斜波前技术中复杂的角度调节工作。该方案同时兼具结构紧凑、光路简单、辐射效率高等优点,为铌酸锂太赫兹源的广泛应用打下基础。通过结构仿真、理论推导与数值仿真,对方案中的接触光栅结构设计与铌酸锂晶体中发生的非线性相互作用进行了研究分析,得到了最优化光栅结构参数以及太赫兹波在铌酸锂晶体内部传播的辐射场强度分布情况。根据仿真结果,当泵浦光传播一定距离后,太赫兹辐射能量将会达到最大值。本次仿真得到了该最大值所在位置,并以此确定了晶体的最佳厚度,为制作铌酸锂强太赫兹辐射源提供了参考。