热容模式下片状Nd:GGG光学畸变的模拟和实验研究

基于二极管泵浦的固体热容激光器,采用有限元软件ANSYS模拟了泵浦光高斯分布条件下,圆片状Nd:GGG晶体内部的温度分布,计算并分析了热致折射率梯度和端面形变带来的光学畸变对热容激光器输出激光波前的影响.利用干涉法对介质的光学畸变进行了测量,提取出畸变的轮廓图,计算出等效热焦距,与模拟结果基本相符.结果表明:泵浦光与激光介质形状的不匹配将会使激光介质产生光学畸变,光学畸变的形状与泵浦光的形状密切相关.     

LDA侧面泵浦固体激光器介质瞬态温升过程分析

根据二极管泵浦光强分布特性,考虑固体激光材料物性参数的温度相关性,建立了二极管侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型,从热传导方程入手,针对三角均布侧泵结构,采用有限元方法计算分析了激光棒内瞬态温升过程以及稳态温度分布情况.讨论了泵浦及冷却参数对瞬态温升过程及激光棒内温度梯度的影响.分析结果可为二极管泵浦固体激光器的优化设计提供参考.     

激光侧泵晶体温度分布的非均匀发热模型计算

使用类高斯的非均匀发热模型，对LD侧面泵浦棒状固体激光介质的温度分布问题进行了计算，推导并最终得到了侧面泵浦情况下棒状激光晶体内温度分布的近似解析表达式。与以往的报道相比，所使用的类高斯发热模型比均匀发热模型更符合激光器的实际工作情况，使用该模型计算温度分布将得到更为精确的结果。     

二极管侧面泵浦薄片激光器热效应模拟分析

以在大尺寸复合薄片上获得较好的泵浦均匀性和较高的吸收效率为目的,对泵浦分布进行了理论分析.计算表明,阵列距离27mm、晶体半径11mm和吸收系数0.13mm-1可获得较好的泵浦均匀性和较高的吸收效率.计算了由温度分布和应变分布造成的相位畸变,总泵浦功率为700W时的相位畸变为0.523μm,总泵浦功率为3024W时的相位畸变为2.258μm.明显小于其它文献中理论计算和实验测量的相位畸变.在较小泵浦功率下对相位畸变进行了初步的实验测量,实验测量结果与理论计算基本一致.该技术可向更大功率扩展.     

半导体侧面泵浦固体激光器均匀性的计算和分析

建立了半导体侧面泵浦固体激光介质内泵浦光能吸收分布情况的数值模型。模拟计算了不同泵浦参数下棒状介质和板条介质内泵浦光能的吸收分布,计算结果和有关实验结果符合得很好。得出了半导体侧面泵浦机构中介质尺寸、介质吸收系数和半导体激光器发光面到介质泵浦面距离这三个参数对泵浦均匀性的影响,比较了棒状介质和板条介质在半导体侧面泵浦应用中的优劣。     

利用非均匀泵浦提高二极管泵浦激光放大器储能均匀性

对于高增益二极管泵浦激光放大器,均匀泵浦时会产生储能分布的不均匀。模拟分析了非均匀分布泵浦光对储能分布的影响,计算结果表明:使用一定的非均匀分布泵浦能够获得均匀的储能分布,使用一定范围的非均匀分布泵浦对储能均匀性起到改善作用。模拟分析了重复频率工作条件下使用非均匀分布泵浦对温度分布的影响情况,计算结果表明介质中心处温度有所下降,介质边缘处温度没有变化。因此,减小了介质整体温度和温度梯度,有利于热管理。     

LD侧泵浦Nd∶YAG板状介质温度特性的理论研究

利用有限差分法对LD侧面泵浦Nd∶YAG板状激光器介质的二维温度分布进行了数值计算.与用热像仪实际测得的结果比较,温度变化趋势吻合.根据计算结果重新设计激光晶体的冷却方案,改善了温度的分布,光束质量因子M2从6.7减小到3,提高了激光输出的光束质量.     

重频Yb:YAG水冷放大器介质热分布测量与控制

为了控制端面泵浦Yb:YAG水冷激光放大器的热效应,对介质的温度分布进行了实验测量,测量了不同口径和厚度的晶体在不同的泵浦频率下的介质表面温度分布。对介质温度分布进行了理论分析,包括泵浦分布、ASE产热等因素对温度分布的影响,得到了影响介质横向温度梯度的关键因素。研究结果表明,泵浦光相对介质的位置对温度面分布有重要影响。提出了提高泵浦填充因子、利用包边吸收ASE光线的方法抑制横向温度梯度的初步设计方案。     

热管冷却技术在Yb:YAG激光放大器中的应用

为克服水流冷却在固体激光热管理中结构复杂、稳定性差、能耗大等缺点,设计了热管冷却的Yb:YAG激光放大器.分别通过理论和实验验证了热管冷却技术的可行性.首先,建立了三维、瞬态的有限元模型,模拟结果表明,对于6 kW、1.2 ms的泵浦能量,1 Hz重频下的热管冷却和水流冷却散热能力接近;其次,实验测量了Yb:YAG放大器的输出能量,两种冷却方式在1Hz下的输出能量基本相同,热管冷却的能量稳定性更好.通过优化热管参数,放大器的工作频率、输出功率得到进一步提高.     

高功率LD阵列侧面泵浦激光晶体的增益分布研究

研究了LD Bar侧面半环形直接泵浦Nd:YAG激光增益介质的泵浦光分布特点.建立了不同泵浦参数下棒状增益介质内的泵浦光能量分布数值模型,通过光线追迹方法,并利用Matlab软件进行了数值模拟计算,分析了几个泵浦参数对泵浦光分布的影响,总结了一般的影响规律,分析了产生差异的原因,提出了选取泵浦参数时需注意的问题.可为激光二极管环绕泵浦固体激光器的泵浦结构设计提供理论上的指导.     

双光楔微扫描哈特曼-夏克波前探测技术

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制,对待测波前采样不足,影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论,提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法,弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证,对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%,该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。     

基于哈特曼波前探测层析重建三维温度场

基于哈特曼波前探测的流场层析测量技术结合了光学波前探测技术和计算机层析重建技术。系统由哈特曼传感器探测平行光束穿过流场后的投影波前，提取流场在多方向上的投影数据，采用计算机层析技术重建流场物理量的空间分布。为了验证系统的可行性和标定系统重建精度，首先对静态圆对称折射率场进行层析重建，折射率重建误差为10^-3。任静仑标定的基础上．对实际火焰温度场进行了层析重建，获得了火焰温度场的三维温度分布，取得了较好的实验结果。     

低速湍流中的气动光学效应实验研究

应用二维哈特曼(Hartmann)波前测量系统，对光束在二维低速热射流传输中的气动光学效应进行了测量。应用模式法，通过孔径斜率进行了波前重构，结果表明热射流使波前产生较强的随机畸变。同时通过对子孔径波前斜率的时间变化测量结果进行了相关函数计算，计算显示出互相关函数随空间相对位置表现出一定规律的变化，由此分析了热射流场中涡结构的运流速度、涡结构尺度等湍流中重要的特性。这些初步测量和分析结果表明通过哈特曼波前测量法既可研究光束在湍流场中引起的波前变化规律，同时还可以应用于湍流场流场参数的间接分析。     

Zernike矩提高哈特曼波前传感器的鲁棒性

哈特曼波前传感器是自适应光学(AO)系统中常用的波前传感器件,噪声、器件装配误差常常影响其探测波前的能力和精度,进而影响整个系统对波前的实时校正。通过实验证明,引入数字图像处理中的矩技术,无需在硬件上对自适应光学系统进行修改,利用Zernike矩噪声不敏感、旋转不变等特性,对波前传感器CCD数据进行预处理,能够降低系统对噪声的敏感性,减小对器件装配精度的要求。     

信息与动态

信息与动态有液晶特性的聚合物网络、弹胶体及胶体近几年，具有液晶特性的各向异性聚合物网络、弹胶体及胶体引起基础科学工作者的兴趣，因为它们有着广阔的应用前景。应用领域有：被动式光学元件，如固体彩色滤光膜、光学延时器、偏振光元件等；主动式电子元件，如液晶显...     

超松弛法哈特曼传感器波前重构仿真分析

哈特曼传感器是一种对环境要求低，测量精度高的光束质量测量仪器，但传统方法不能对任意形状的光斑进行波前重构，即光束质量测量。文中采用超松驰进行计算机仿真，验证了该方法能够适应任意入射形状光斑的波前复原，从原理上解决了哈特曼传感器测量任意形状光斑光束质量问题。     

Characterizing the beam properties of terahertz quantum-cascade lasers

Terahertz quantum-cascade lasers (QCLs) are very promising radiation sources for many scientific and commercial applications. Shaping and characterizing the beam profile of a QCL is crucial for any of these applications. Usually the beam profile should be as close as possible to a fundamental Gaussian TEM₀₀ mode. In order to completely characterize the laser beam the power and the wavefront have to be measured. We describe methods for characterizing the beam properties of QCLs. Several QCLs with single-plasmon waveguide and emission frequencies between 2 and 5 THz are investigated. The beam profiles of these lasers are shaped into almost fundamental Gaussian modes using dedicated lenses. The beam propagation factor M² is as low as 1.2. The wavefront is measured along the axis of propagation with a THz Hartmann sensor. Its curvature behaves as expected for a Gaussian beam. The applied methods can be transferred to any other THz beam.     

Hartmann—Shack传感器在光束质量测量中的应用

Hartmann-Shack探测器是广泛应用在适应光学技术、光学加工检测及激光光束质量检测等方面的一种新型波前探测技术。本文在介绍了Hartmann-Shack传感器原理的基础上,着重讨论了它在激光光束质量测量方面的应用.     

哈特曼传感器仿真平台设计

为了实现波前处理机脱离以哈特曼传感器为核心的波前探测光学系统,独立地进行处理机算法的设计和验证,采用软、硬件结合的方式,设计了哈特曼传感器输出图像仿真平台。上位机仿真监控软件采用VC 和MATLAB 联合编程,根据哈特曼传感器工作原理和结构,仿真生成哈特曼图像,并完成与硬件电路交互命令和传输数据的功能。以FPGA 为核心的主控电路,完成发送响应信号、接收监控软件发送的读写指令、存储数据的功能,并根据实际CCD 时序实时输出标准Camera Link 接口格式的图像数据。经验证,软件仿真图像和实际输出相符;仿真平台输出表明硬件时序正确,满足设计速度要求。     

提高哈特曼波前传感器质心探测精度的一种计算方法

分析了哈特曼(Hartmann)波前传感器传统阈值一阶矩质心算法的局限性,提出了一种改进算法,对质心探测窗口的大小先进行合理优化,再采用灰度积分图原理进行自动搜索,最后采用灰度平方加权质心算法进行质心计算。仿真分析验证了算法的可行性和优越性,有利于提高波前传感器质心探测精度。