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基于副反射面赋形的球形反射面天线球差补偿技术研究

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基于副反射面赋形的球形反射面天线球差补偿技术研究

2015年全国天线年会

作者：南冰李正军中国空间技术研究院西安分院

本文首先研究了球形反射面天线的散焦特性,然后根据等光程条件求解出副反射面赋形方程,并找到对口径面遮挡最小的副面位置,最后通过Grasp进行仿真,在50Ghz下,半径和口径均为1m的球形反射面天线,增益达到51dB,高于同口径抛物面双反射面天... 详细信息

本文首先研究了球形反射面天线的散焦特性,然后根据等光程条件求解出副反射面赋形方程,并找到对口径面遮挡最小的副面位置,最后通过Grasp进行仿真,在50Ghz下,半径和口径均为1m的球形反射面天线,增益达到51dB,高于同口径抛物面双反射面天线1dB。由于球面的完美对称,可应用于宽角扫描。

关键词：球形反射面天线副面赋形球差补偿

来源： cnki会议评论

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超连续谱激光光束质量评价及提升方法

激光与红外 2018年第4期48卷 476-479页

作者：李瑶何衡湘万勇西南技术物理研究所四川成都610041

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手:一种是将光束... 详细信息

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手:一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。

关键词：超连续谱激光器光束质量评价方法球差补偿球差校正板

高峰值功率高光束质量光纤-固体混合放大激光系统的研究

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高峰值功率高光束质量光纤-固体混合放大激光系统的研究

作者：汪勇浙江大学

学位级别：硕士

高峰值功率、高光束质量的短脉冲激光激光光源在激光频率变换、激光微加工等领域具有极其重要的应用价值。近年来,伴随着半导体技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率也有很大提升,但是由于其热效应严重、光光转换效率低、光束... 详细信息

高峰值功率、高光束质量的短脉冲激光激光光源在激光频率变换、激光微加工等领域具有极其重要的应用价值。近年来,伴随着半导体技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率也有很大提升,但是由于其热效应严重、光光转换效率低、光束质量差等因素使得全固体激光器难以满足现代社会科技发展的需求。为了获得高峰值功率高光束质量的激光,通常采用主振荡功率放大结构(Master Oscillator Power Amplifier,MOPA)来放大高光束质量、低功率的种子光,从而得到较大的单脉冲能量与峰值功率的激光输出,同时控制系统的光束质量。光纤激光器有着高光束质量、可以利用锁模技术得到较窄的脉冲宽度的优点,缺点在于功率放大过程中的高峰值功率往往会造成光纤放大器的光学损伤、产生明显的非线性效应,往往会严重影响到光纤激光器的输出功率与光束质量。而固体激光放大器可以承受很高的峰值功率,因此本论文提出了采用光纤激光器作为种子源,利用固体放大器作为放大级的光纤-固体混合放大激光系统。本论文着重研究采用侧面泵浦棒状Nd:YVO4晶体和侧面泵浦棒状Nd:YAG晶体放大毫瓦量级的皮秒光纤种子源的相关理论与技术,来获得高峰值功率、高光束质量的光纤-固体和混合放大皮秒激光系统。在光纤-固体混合放大MOPA系统中,需要利用具有高增益的固体放大模块对光纤种子光进行功率放大。对于固体放大模块,本论文采用了端面泵浦Nd:YVO4放大模块和侧面泵浦Nd:YAG放大模块的混合放大结构设计。Nd:YAG晶体的主发射峰波长为1064.5nm而谱线较窄,Nd:YVO4晶体的主发射峰波长为1064.3 nm且谱线较宽,Nd:YVO4晶体在1064nm附近的发射谱线可以完全覆盖Nd:YAG晶体的发射谱线。与Nd:YVO4晶体相比,Nd:YAG晶体的机械强度高,导热性能好,具有良好的散热性能,饱和光强更大,可以承受更高的峰值功率,适用于高功率的激光系统。另外,采用侧面泵浦的泵浦方式,泵浦光从激光晶体侧面泵浦,泵浦面积大,泵浦功率高,很容易实现高功率输出,因此为了获得更高的峰值功率,本论文中采用了第一级端面泵浦Nd:YVO4和侧面泵浦Nd:YAG的混合放大系统。固体放大器中,泵浦功率很高的情况下,因为泵浦光会集在激光晶体很小的空间里面,会造成严重的热透镜效应,会形成强烈的热透镜效应,热透镜的球差效应会严重影响输出光的光束质量,尤其是在双通放大器中。因此,必须要对放大器中引入的球差进行补偿,本论文应用了端面泵浦Nd:YVO4和侧面泵浦Nd:YAG激光系统中的球差自补偿理论来补偿放大器中引入的球差。利用重复频率为50kHz、脉宽为3.9ps、平均功率为10.9mW的光纤种子源,经过两级固体双通放大,最终得到平均功率为27.65 W,峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面泵浦Nd:YVO4放大级,第二级放大器为侧面泵浦Nd:YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子,来控制最终激光输出的光束质量,得到输出激光的光束质量因子M2=1.30,脉宽为8.5ps。这种混合放大方式克服了 Nd:YVO4晶体难以承受高峰值功率的缺点,能够获得高峰值功率的激光输出,同时保证良好的光束质量。国内外关于光纤-固体混合放大系统的研究,没有采用这种端面泵浦Nd:YVO4放大器和侧面泵浦Nd:YAG放大器混合放大的放大方式。利用Nd:YVO4和Nd:YAG放大器对光纤种子光进行混合放大,同时利用球差补偿理论控制光束质量的研究未见报道。

关键词：球差补偿皮秒激光端面泵浦侧面泵浦光纤-固体混合放大激光器

高峰值功率高光束质量光纤-固体混合放大激光系统

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中国激光 2018年第4期45卷 63-69页

作者：汪勇刘斌叶志斌徐霜馥唐超张翔郑峰刘崇刘东项震浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027 衢州学院电气与信息工程学院浙江衢州324000 江苏曙光光电有限公司江苏扬州225009

高峰值功率以及高光束质量的激光光源在激光加工等领域具有重要的应用价值。利用重复频率为50kHz、脉宽为3.9ps、平均功率为10.9mW的光纤种子光源,经过两级固体双通放大,最终得到平均功率为27.65W,峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级... 详细信息

高峰值功率以及高光束质量的激光光源在激光加工等领域具有重要的应用价值。利用重复频率为50kHz、脉宽为3.9ps、平均功率为10.9mW的光纤种子光源,经过两级固体双通放大,最终得到平均功率为27.65W,峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面抽运Nd…YVO_4放大级,第二级放大器为侧面抽运Nd…YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子,控制最终激光输出的光束质量,得到输出激光的光束质量因子M^2=1.30。

关键词：激光器球差补偿端面抽运侧面抽运光纤-固体混合放大激光器

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高功率窄谱宽中红外光参量振荡技术研究

高功率窄谱宽中红外光参量振荡技术研究

作者：姜洪波浙江大学

学位级别：硕士

窄谱宽高功率中红外激光在科研,民用,军事领域有着重大应用价值。本文围绕光参量振荡与放大技术首先进行了窄谱宽高功率泵浦源的实验研究,利用动态稳定腔理论、使用侧面泵浦激光模块搭建了激光振荡器,获得了28 W的激光振荡级输出,光束质... 详细信息

窄谱宽高功率中红外激光在科研,民用,军事领域有着重大应用价值。本文围绕光参量振荡与放大技术首先进行了窄谱宽高功率泵浦源的实验研究,利用动态稳定腔理论、使用侧面泵浦激光模块搭建了激光振荡器,获得了28 W的激光振荡级输出,光束质量M2＜1.3,输出光谱宽度不超过0.05 nn,并利用声光调Q技术获得重频10kHz,输出功率26W,输出光束质量基本不变的100 ns脉冲激光输出。对波前光束球差补偿技术做了简单介绍,并根据该理论以侧面泵浦激光器为振荡级,构建了两级侧面泵浦放大MOPA系统,在验证了波前光束球差补偿理论的同时有效控制了放大后的光束质量,获得90W以上光束质量M2＜1.4,脉冲特性基本不变的激光输出。接着从三波混频方程出发,对信号光单谐振谐振腔谐的谐振条件、阈值、转换效率进行了分析。理论研究表明参与谐振参量光的频率必须和谐振腔的两个纵模相等,单谐振器的阈值和谐振腔长度、泵浦激光光斑大小,有效非线性耦合系数,腔内损耗等条件息息相关,降低OPO阈值的有效手段包括使用具有较高的非线性耦合系数的非线性晶体;增加泵浦光直径;泵浦光双通乃至多通;减小谐振腔腔长;增加输出镜对信号光的反射率以及减少晶体吸收;使用长泵浦脉冲等手段。研究了泵浦和反射镜对信号光最佳反射率的对应关系。简单介绍了 OPA的理论模型。之后通过对OPO获得窄谱宽中红外的种子光进行了实验研究。获得了OPO温度调谐曲线。通过对泵浦增益和线宽的研究确定泵浦光直径为0.7mm获得了闲频光输出功率0.7W,谱线宽度小于1.12nm,光束质量因子M2在水平和垂直方向分别为2.17,2.26的中红外激光输出。与此同时还研究了连续波中红外光参量振荡器,获得了8 W以上连续波中红外激光输出,转换效率约为20%,输出线宽小于1.63nm。将获得的脉冲中红外激光输出作为种子源进行功率放大,第一级获得输出功率2.26 W,转换效率15.6%的中红外激光,信号光谱线没有出现展宽,二级放大输出功率提高到6.35 W,转换效率15.7%,信号光谱线同样没有出现明显展宽,获得了实验预期,为高功率窄线宽参量MOPA系统的设计提供了参考。

关键词：中红外光参量振荡器光参量放大器球差补偿主振荡放大系统光束质量

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激光放大器对光束质量的动态补偿

激光放大器对光束质量的动态补偿

作者：王毅浙江大学

学位级别：硕士

光束质量是激光在实际应用中非常关键的因素。然而在激光放大器中由于热致畸变效应的存在,通常情况下在放大过程中激光光束质量会持续恶化。本文通过研究端面泵浦Nd:YVO4固体激光器中的热效应以及腔内波前球差自再现的过程,提出并验证... 详细信息

光束质量是激光在实际应用中非常关键的因素。然而在激光放大器中由于热致畸变效应的存在,通常情况下在放大过程中激光光束质量会持续恶化。本文通过研究端面泵浦Nd:YVO4固体激光器中的热效应以及腔内波前球差自再现的过程,提出并验证了一种使用激光放大器动态补偿光束质量的方法。本文研究内容主要分为两部分,第一部分中进一步完善激光振荡器中的光束传输理论,用数值模拟和实验验证计算和分析激光振荡级中光场复振幅分布和光束质量的演化过程;第二部分是根据腔内波前自再现的理论提出腔外用放大级动态补偿光束质量,验证这一方法的有效性,并提出激光放大器中实现光束质量动态补偿的原理和方法。第一部分中,首先从热传导方程出发计算端面泵浦下Nd:YVO4晶体的热分布情况,并以此计算得出由热分布导致的折射率分布并引起的热致球差效应。并对晶体热效应对高斯光束的影响做了研究,发现在高功率激光下因为增益饱和效应的存在,晶体热球差成为影响光束质量最关键的因素,通过波前的补偿是实现光束质量的提高的有效方法。同时研究发现带有正球差的光束在通过束腰之后球差符号发生了变化,即正球差可以变为负球差,据此提出了波前球差在谐振腔内部的自再现演化过程的理论模型,并用Matlab的模拟仿真和测量装置的搭建验证了理论模型的正确性。第二部分中通过分析激光振荡器中球差自再现的现象提出一种使用激光放大器中晶体的正球差来动态补偿光束质量的方法,即将激光振荡级中球差系数为负且绝对值最大的地方成像出来通过激光放大级,通过调节激光放大级的泵浦电流来动态调节激光放大级中激光增益介质的正球差系数,实现光束质量的动态补偿。然后搭建了相应实验装置并进行了波前、强度以及光束质量的测量。随着激光放大级泵浦功率的增大,可以找到一个合适的功率,使得光束质量补偿得比较好,同时也搭建了对比实验对理论进行了验证。最后在放大级泵浦功率为63W时,将振荡级输出的M2为4.2的光束补偿至1.6,在放大光束功率的同时实现了光束质量的补偿。

关键词：端面泵浦 Nd YVO4激光器 MOPA系统球差补偿光束质量提高

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400Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

强激光与粒子束 2018年第4期30卷 4-7页

作者：靳全伟庞毓蒋建锋谭亮崔玲玲魏彬孙殷宏唐淳中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室四川绵阳621999 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院研究生院北京100088

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后... 详细信息

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5mJ、脉宽12.4ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4J。

关键词：球差补偿主振荡功率放大器高光束质量大能量

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球形反射面天线球差消除及偏馈技术研究

空间电子技术 2016年第3期13卷 37-40页

作者：南冰李正军中国空间技术研究院西安分院西安710000

针对传统抛物面天线偏焦性能差加工难度高的问题,文章提出了以球面作为主反射面通过赋形副反射面消除球面相差的方案。由于球面完全对称的结构,从而可以通过主反射面不动旋转馈源的方式实现宽角扫描,仿真结果表明在正馈情况下球形反射... 详细信息

针对传统抛物面天线偏焦性能差加工难度高的问题,文章提出了以球面作为主反射面通过赋形副反射面消除球面相差的方案。由于球面完全对称的结构,从而可以通过主反射面不动旋转馈源的方式实现宽角扫描,仿真结果表明在正馈情况下球形反射面天线副反射面对口径遮挡较大,使得副瓣电平过高,最后通过偏馈的办法,有效的降低了副瓣电平。

关键词：球形反射面天线副面赋形球差补偿偏置球面

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激光振荡器内光束质量演变的机理研究

激光与光电子学进展 2015年第11期52卷 150-157页

作者：潘孙强赵智刚刘崇葛剑虹项震浙江省计量科学研究院浙江杭州310018 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

激光振荡器内光束质量的演变机理对获得高光束质量激光至关重要。综合考虑激光晶体的热效应和增益导引效应,建立了激光振荡器的理论模型,仿真计算并实验验证了激光振荡器内光束质量的演变。基于理论模型,研究了光束质量演变的机理。指... 详细信息

激光振荡器内光束质量的演变机理对获得高光束质量激光至关重要。综合考虑激光晶体的热效应和增益导引效应,建立了激光振荡器的理论模型,仿真计算并实验验证了激光振荡器内光束质量的演变。基于理论模型,研究了光束质量演变的机理。指出带负球差激光通过激光晶体时,其负球差可以被晶体正球差补偿,从而改善光束质量。这一机理对激光振荡器和放大器实现高光束质量激光输出具有重要意义。

关键词：激光器热致畸变效应光束质量球差补偿