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中国激光 2024年第5期51卷 69-75页

作者：罗静季小玲李晓庆四川师范大学物理与电子工程学院四川成都610068

采用数值模拟方法研究了大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输特性和光束质量的影响,结果表明:大气自聚焦效应随着艾里光束指数截断因子的增大而增强,并会导致艾里光束的实际焦点向靶面移动。采用预散焦方法可使靶面上的光束始... 详细信息

采用数值模拟方法研究了大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输特性和光束质量的影响,结果表明:大气自聚焦效应随着艾里光束指数截断因子的增大而增强,并会导致艾里光束的实际焦点向靶面移动。采用预散焦方法可使靶面上的光束始终保持艾里轮廓,同时可使靶面光强得到显著提高。本文得到了预散焦的焦距公式,并证实了其有效性。研究发现:预散焦后,即使光束功率远远超过了自聚焦临界功率,非均匀大气的自聚焦效应也不会破坏艾里光束的自加速特性,有助于地基激光束避开障碍物,清除空间碎片。在相同的功率下,艾里光束相比高斯光束在碎片靶面上有更高光强,并且艾里光束具有更强的抵抗自聚焦效应的能力。因此,艾里光束比高斯光束更适合地基激光对空间碎片的清除。

关键词：大气光学艾里光束非线性自聚焦效应激光大气传输传输特性光束质量

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球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响

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物理学报 2021年第23期70卷 240-247页

作者：黄梓樾邓宇季小玲四川师范大学物理与电子工程学院成都610068

地基激光空间碎片清除等激光烧蚀推进在太空中的应用中,激光功率已远超过大气非线性自聚焦临界功率,因此自聚焦效应是影响光束质量的重要因素.此外,由于高功率激光产生过程中的非线性效应,光束常伴有球差.本文采用数值模拟方法,研究了... 详细信息

地基激光空间碎片清除等激光烧蚀推进在太空中的应用中,激光功率已远超过大气非线性自聚焦临界功率,因此自聚焦效应是影响光束质量的重要因素.此外,由于高功率激光产生过程中的非线性效应,光束常伴有球差.本文采用数值模拟方法,研究了球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响.研究表明:对于大尺寸(光束发射尺寸)光束,利用正球差可提高靶面光强.然而,对于小尺寸光束,则需利用负球差提高靶面光强.并且,大尺寸比小尺寸光束更适合地基激光空间碎片清除等应用.在线性衍射效应和非线性自聚焦效应共同作用下,存在一个最佳发射功率使得靶面光强最大化,本文拟合出了大尺寸光束的最佳发射功率的公式.另一方面,由于衍射、自聚焦和球差均导致焦移,这使得靶面光束质量变差.本文推导出了大尺寸光束情况下透镜修正焦距公式,这样可把将实际焦点移至靶面,从而提高靶面光束质量.本文所得结论具有重要的理论和实际应用意义.

关键词：球差非线性自聚焦效应高功率激光上行大气传输光束质量

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大气消光和球差对地基激光空间碎片清除的影响

大气消光和球差对地基激光空间碎片清除的影响

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作者：黄梓樾四川师范大学

学位级别：硕士

人类太空活动产生的大量空间碎片对宇航员和航天器造成了严重威胁。利用地基激光清除空间碎片是有效的方法之一,然而地基激光清除空间碎片时,必然面临高功率激光大气传输的问题。高功率激光在大气传输过程中产生的自聚焦效应会严重影响... 详细信息

人类太空活动产生的大量空间碎片对宇航员和航天器造成了严重威胁。利用地基激光清除空间碎片是有效的方法之一,然而地基激光清除空间碎片时,必然面临高功率激光大气传输的问题。高功率激光在大气传输过程中产生的自聚焦效应会严重影响激光质量。因此,研究大气自聚焦效应对地基激光空间碎片清除的影响具有重要意义。一方面,对于地基激光空间碎片清除,降低碎片靶面激光强度的因素除了自聚焦效应,还有大气消光效应。之前对地基激光空间碎片清除的研究都不涉及大气消光效应的影响,本论文首次研究了大气消光对地基激光空间碎片清除的影响,以及能最大限度提高碎片靶面激光强度的最佳发射功率。另一方面,高功率激光产生过程中的热效应使得光束常伴有球差,因此研究球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响也十分有意义。本论文利用数值模拟方法主要研究了大气消光和球差对地基激光空间碎片清除的影响,具体研究工作包括:1、研究了激光从地面经大气传输至空间碎片的最佳发射功率。研究发现:即使存在大气消光,由于大气自聚焦效应,高功率激光束从地面经大气上行传输至空间碎片过程中存在最佳发射功率使碎片激光强度最大化。此外,还研究了能定量描述自聚焦效应的一个重要参数B积分。研究发现:最佳发射功率对应的B积分的值是一个常数。基于B积分的这一特性和本论文提出的等效大气消光系数简化模型,推导出了能优化碎片靶面上激光强度的最佳发射功率表达式。最佳发射功率随初始光束半径、波长、大气消光系数和气溶胶标高的增大而增大。此项研究工作为优化碎片靶面上的激光强度提供了有效的方法,对空间碎片清除具有重要意义。2、研究了球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响。研究表明:对于大尺寸（光束发射尺寸）光束,利用正球差可提高靶面光强。然而,对于小尺寸光束,则需利用负球差提高靶面光强。并且,大尺寸比小尺寸光束更适合地基激光空间碎片清除等应用。在线性衍射效应和非线性自聚焦效应共同作用下,存在一个最佳发射功率使得靶面光强最大化,本论文拟合出了大尺寸光束的最佳发射功率的公式。另一方面,由于衍射、自聚焦和球差均导致焦移,这使得靶面光束质量变差。本论文推导出了大尺寸光束情况下透镜修正焦距公式,这样可把实际焦点移至靶面,从而提高靶面光束质量。

关键词：地基激光空间碎片清除非线性自聚焦效应大气消光,最佳发射功率 B积分等效大气消光系数球差激光大气传输光束质量

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高功率激光器非线性自聚焦效应的补偿

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激光与光电子学进展 2001年第9期38卷 11-11页

作者：王韬朱鹤元李富铭徐光钱列加范滇元复旦大学中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理国家实验室

高功率激光器中的非线性自聚焦效应是造成光学元件膜层破坏、制约输出峰值功率的主要原因.通常采用B积分值来衡量非线性自聚焦效应的强弱.为了提高输出峰值功率,Roth等利用半导体材料砷化镓所提供的负的非线性相移以补偿自聚焦效应所产... 详细信息

高功率激光器中的非线性自聚焦效应是造成光学元件膜层破坏、制约输出峰值功率的主要原因.通常采用B积分值来衡量非线性自聚焦效应的强弱.为了提高输出峰值功率,Roth等利用半导体材料砷化镓所提供的负的非线性相移以补偿自聚焦效应所产生的正非线性相移.但是,采用半导体材料会由于强烈的双光子吸收效应引入较大的损耗,同时这种方法还伴随着补偿量调整的不便.本文提出利用二阶级联非线性过程所产生的非线性相移以补偿非线性自聚焦效应.理论模拟计算和实验结果都表明:采用该法可以有效地抵消非线性自聚焦效应.(OB15)

关键词：高功率激光器非线性自聚焦效应补偿

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强激光非线性自聚焦效应的研究

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激光与光电子学进展 2001年第9期38卷 3-3页

作者：彭志涛景峰刘兰琴朱启华陈波刘华张清泉程晓峰蒋东镔刘红婕中国工程物理研究院激光聚变研究中心

利用"星光Ⅱ"激光装置,观察到激光在硅酸盐介质传输中的非线性自聚焦现象;研究了输出光束质量随B积分的变化规律.实验研究表明,在入射光束质量变化不大的情况下,B积分比较小时,输出光束的质量基本上不发生变化;当B积分增大到一定值后,随... 详细信息

利用"星光Ⅱ"激光装置,观察到激光在硅酸盐介质传输中的非线性自聚焦现象;研究了输出光束质量随B积分的变化规律.实验研究表明,在入射光束质量变化不大的情况下,B积分比较小时,输出光束的质量基本上不发生变化;当B积分增大到一定值后,随B积分的增大,光束分裂为许多细光束,光束质量急剧变差.实验表明,对于"星光Ⅱ"激光装置的输出光束,B积分小于1.8,非线性效应对输出光束质量的影响比较小.研究了入射光束质量对非线性自聚焦效应的影响.实验和理论研究表明,质量好的入射光束,输出光束质量急剧变坏时对应的B积分较大.此外,引入PSD方法分析了光束强度分布的粗糙程度.对不同的B积分,同样频率的调制,非线性增长速度不同.计算了实验所测光场频率大于1 mm-1的光场的RMS值,给出了光束RMS与B积分的关系曲线,研究了输出光束质量随B积分的变化规律,比较准确地解释了实验观察到的现象.(OA8)

关键词：强激光非线性自聚焦效应光束质量

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高功率激光装置基频光远场的模拟分析

高功率激光装置基频光远场的模拟分析

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第十七届全国激光学术会议

作者：刘红婕景峰胡东霞彭志涛李强周维张昆中国工程物理研究院激光聚变研究中心

实现惯性约束聚变(ICF)需要高质量的远场,而远场是由聚焦前光束的相位和振幅决定的。对高功率固体激光装置,其输出光束的振幅分布主要由注入光束的振幅分布决定,其相位分布主要决定于光路中存在的大口径光学元件,同时高通量运行时的振... 详细信息

实现惯性约束聚变(ICF)需要高质量的远场,而远场是由聚焦前光束的相位和振幅决定的。对高功率固体激光装置,其输出光束的振幅分布主要由注入光束的振幅分布决定,其相位分布主要决定于光路中存在的大口径光学元件,同时高通量运行时的振幅和相位噪声的非线性自聚焦效应对光束远场的影响也不能忽略。基于这些特点,理论分析了影响光束远场的因素以及在高通量下噪声纹波的非线性自聚焦效应,模拟了具有四程放大结构的高功率激光装置的传输特性,分别研究了注入光束振幅和光学元件引入的相位噪声对光束远场的影响。研究表明,大口径光学元件引入的相位噪声是影响远场的主要因素。

关键词：激光技术远场相位噪声振幅噪声非线性自聚焦效应高功率固体激光器

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