拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。

自由曲面镜补偿大功率激光波前畸变技术研究

对于一台性能稳定的激光器,在出光阶段整个系统处于热交换的稳定状态,即激光波前分布可以保持稳定不变。基于此特点,提出制造自由曲面镜,以校正激光器的波前畸变,提高光束质量。本文首先介绍了自由曲面镜的波前补偿原理、设计及加工过程,然后通过数学建模,从理论上对其波前补偿能力进行了仿真计算,最后在板条固体激光器中进行了波前补偿实验:在激光器输出功率为12.5 kW时,自由曲面镜对激光光束相位及远场光束质量都有明显的改善和提高。自由曲面镜不像变形镜那样受到致动器间距的限制,因此对于高阶像差的校正也更为有效,且成本低廉,再者也不会增加系统的复杂度,与自适应光学系统相比各有所长。

非均匀激光辐照下硅镜热变形对光束传输特性的影响

使用有限元法计算了硅镜在DF化学激光器非稳腔输出的中空非均匀激光辐照下镜面温升和反射面面形随时间变化的特性,使用65阶Zernike多项式对镜面面形进行了曲面拟合,使用光线追迹的方法计算了平行光束经不同数量硅镜反射后的光束波前分布PV值、Strehl比和Zernike像差系数随时间变化的特性。计算结果表明:在典型的DF激光器输出的中空方形光束辐照下,硅反射镜的热变形将使反射光束产生波前畸变,波前畸变中,y方向像散项占据主要地位,其次是离焦项;随着激光系统中反射镜面数量的增加,高阶像差系数将逐渐增大,且波前PV值与反射次数成线性关系。

37单元双压电片变形镜板条激光光束净化

为了校正板条激光器输出光束波前像差,改善输出光束质量,提出了基于37单元双压电片变形镜的板条激光光束净化系统。采用柱面反射式单向扩束器使主振荡功率放大结构板条激光器输出光束尺寸与37单元双压电片变形镜有效口径相匹配,利用随机并行梯度下降算法控制双压电片变形镜面形,进行波前像差闭环校正,校正后光束远场归一化桶中功率提高到净化前的2～3倍。

半导体致冷复合相变硅镜光照热有限元模拟

为克服高能激光用相变致冷镜两次出光时间间隔长的缺点,设计了一种新型半导体致冷复合相变硅镜,并采用ANSYS有限元程序模拟了实心硅镜、相变镜和半导体致冷镜的光照热行为。由最大温度 时间曲线可知,在净吸收热量为 100W、环境温度为 20℃,制冷量为 25W时,半导体致冷复合相变硅镜只需 5s就可使镜体的温度和弹性变形恢复至初始状态。

非球面反射型扩束器的研究

非球面反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用．本文分析了两种最常用形式的结构和像差特点，提出了一种利用两个不同锥体反射镜的组合实现光束转换的办法，从而消除了系统由于中心遮拦而带来的能量损失．文章还对各种非球面反射型扩束器和折射型扩束器的特点进行了比较．

两路120 W固体激光高光束质量相干合成

通过主动相位控制实现了两路固体激光器的高光束质量相干合成输出,总输出功率达到240W。建立了两路120W板条激光放大器,通过光束整形获得了高光束质量方形光斑,并实现了高占空比光束拼接,填充因子高于92.4%。研制了光轴一致性探测与控制系统,采用基于压电陶瓷的快反镜实现了光轴的高精度闭环控制,两束激光光轴一致性优于2μrad(RMS)。设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位探测与控制系统,用随机并行梯度下降算法(SPGD)锁定了两束激光的活塞相位。相位闭环后,远场光斑峰值提高到开环状态的1.7倍,为理想值的84%。合成光束主瓣包含67%的激光总能量,光束质量(BQ)为1.1。

反射镜热畸变对激光光束质量影响的研究

基于热传导理论,建立了高斯光束辐照硅反射镜的物理模型,利用多物理场数值分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程,仿真计算得到镜面表面温度分布曲线以及镜面变形曲线,进一步结合光学仿真软件模拟计算,研究得到Si反射镜镜面的热畸变对输出光束质量的影响。结果表明:随着激光辐照时间的增大,反射镜热变形越显著,输出光束质量β因子越大,但β值的变化首先较快而后趋于平缓。随着辐照激光功率的增加,反射镜热变形越大,输出光束质量β因子不断增大。

消除中心遮拦的反射式激光扩束新方案

反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用,但系统存在的中心遮拦现象,使得高斯光束在扩束过程中有４０%左右的能量损失．本文提出了一种采用两个不同锥体反射镜构成的激光扩束新方案,消除了这种由于中心遮拦而带来的能量损失,并分析了对这种结构形式进行变化后得到的其他几种方案．

板条激光器VRM光腔输出激光光束质量实验比较

针对磷酸盐钕玻璃板条激光器，采用含不同ＶＲＭ的不同谐振腔型对输出激光光束质量进行了实验比较研究，与普通平凹腔的光束质量也作了比较。测量系统经过数据校核，结果是正确的，所得测量结果对ＶＲＭ在板条激光器中的应用有参考价值。

超高阈值Pick-off反射镜的研制

采用水中抛光技术抛制了 90 mm× 60 mm× 1 0 mm的 K9玻璃基片 ,表面粗糙度达 1 nm。在 APS1 50 4镀膜机上 ,摸索了电子束蒸发镀膜的最佳工艺条件 ,较稳定地在该超光滑玻璃表面上镀制了对波长 1 0 54nm、入射角 4 5°、反射率 R≥ 99.5%的反射膜。膜层的抗激光损伤阈值可达 2 6J/cm2( 1 0 54nm,1 ns) ,镀膜后该玻璃基片反射波前可达 λ/1 0 ( p-v) ,最终制备了超高阈值

腔镜热畸变对激光在大气中传输特性的影响

从虚共焦非稳定谐振腔的激光场出发,考虑谐振腔反射镜热畸变对光束的影响,利用快速傅里叶变换(FFT)研究激光光束在湍流大气中的传输特性。着重分析了反射镜热畸变对环形强化学氧碘激光在湍流大气中传输产生的影响,给出了在大气湍流影响下激光光束传输不同距离的强度分布。利用β参数和Strehl比来评价光束质量的特性,结果表明:随着传输距离的增加,光束能量向外扩展,最高能量减小,光束质量被大大地削弱;同时,在大气湍流较弱的情况下,热畸变对光束质量的影响比较明显。在大气条件相同的情况下,传输距离一定时,反射镜热畸变越大,光束质量越差。

VRM腔高光束质量高功率双波长激光器

研制的双波长短脉冲激光器采用"大模体积腔+渐变反射率输出镜"技术,对二极管泵浦棒状激光介质产生的热透镜及热退偏进行补偿,在500 Hz下实现了谐振腔短脉冲能量140 mJ,脉宽约17.76 ns的1 064 nm激光输出,20 min能量不稳定性RMS值小于0.3%,激光光束质量M2≈1.6。该实验结果与采用MOPA技术路线——谐振腔+预放的方式技术指标相当,但采用谐振腔的技术路线结构简单紧凑。采用水热法生长抗灰迹效应的GTR-KTP晶体作为倍频晶体,相位匹配方式选择Ⅱ类相位匹配,倍频后532 nm激光单脉冲最高能量96 mJ,最高倍频效率68.6%,激光光束质量M2≈2.1。通过能量调节设计,实现了线偏振态1 064 nm和532 nm激光功率连续可调共光轴输出。

高功率DPL光束质量研究

为了在高功率DPL中获取高光束质量输出激光,利用扭转模获取高光束质量种籽源的同时,进行了高重复频率下的热致及光致双折射效应的补偿、高功率二极管均匀泵浦聚光腔设计及相位共轭镜用于改善激光系统光束质量等特性研究。最终获得了重复频率40Hz、单脉冲能量大于400mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出。这种方法对高功率激光系统的设计十分有用。

含滤波器多模光纤激光器有效反射率的分析

基于改善多模光纤激光器输出光束质量目的,提出了其含有抑制高阶模输出的光纤滤波器的理论模型.运用模式耦合理论,对此模型进行了理论分析,导出了滤波器与端面反射镜构成系统有效反射率的表达式.并根据其表达式作了数值模拟,结果为:对于含滤波器的多模光纤激光器,其高阶模的有效反射率较小,低阶模的有效反射率较大.结论表明,在多模光纤激光器系统中设置一个光纤滤波器,使得低阶模比高阶模更容易起振,可以有效地改善其输出光束的质量,为实验研究提供了一定的理论依据.

输出镜对双棒串接固体激光器输出光束的影响

采用矩阵光学理论和实验相结合的方法 ,分析了输出镜对双棒串接固体激光器输出光束的影响。结果表明 ,输出镜的位置影响了双棒串接固体激光器稳定范围和模体积 ,进而影响其输出功率 ,等间距放置的谐振腔模体积相对较大 ,在输入功率相同时 ,其输出功率也相对较大。输出镜的位置也影响了输出光束的光斑半径w0 和远场发散角θ0 ,二者随输出镜与棒主平面距离的变化关系是相反的。

DPL激光器光束质量研究

利用扭转模获取高光束质量种籽源的同时,进行了高功率二极管均匀泵浦聚光腔设计,研究相位共轭镜用于改善MOPA激光系统光束质量诸特性。最终获得了重复频率40Hz、单脉冲能量大于400mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出。

光学镜面颗粒污染对激光散射特性影响的实验研究

为了研究污染颗粒对光学系统镜面散射的影响,将光学镜面暴露在室内,得到三种不同污染程度的镜面,利用电子显微镜表征三种污染镜面的颗粒分布。使用光束质量分析仪采集洁净镜面和三种不同颗粒污染镜面的镜向散斑图像,结合双向反射分布函数(BRDF)对其从水平和垂直方向进行分析。研究结果表明,不同入射角下,颗粒污染镜面的镜向BRDF值都在同一个数量级;从水平和垂直方向分析,颗粒尺寸越大,颗粒数量越多,镜向BRDF的中心变化较小,边缘起伏较大,镜面散射越严重。

高光束质量人眼安全OPO激光器

将固体激光中用以提高光束质量的高斯型变反射率虚共焦非稳腔技术应用于OPO,在理论上分析高斯型变反射率非稳腔的模场分布,实验上采用1.064μm的Nd∶YAG激光器作为泵浦源,OPO为单谐振非临界相位匹配方式,得到1.57μmOPO输出能量60mJ/pluse,重复频率1Hz,M2小于3,光光效率40%的人眼安全激光。

高功率固体激光器非稳定谐振腔设计

针对传统稳定谐振腔在高功率时光束质量变差的问题,设计了一种高功率固体激光器非稳定谐振腔。从提高激光器输出功率和改善光束质量的角度出发,以渐变反射率镜作为输出镜来设计非稳定谐振腔。在大功率输出的情况下,对工作物质的热焦距进行测量,根据测量的结果优化大功率输出时的谐振腔具体参数,并进行试验分析。结果表明:该方法能输出能量均匀的激光束,使大部分能量集中在中央,对一些工业加工领域具有重要的参考意义。