激光中继镜系统的上行传输光束整形

激光中继镜技术是近年来备受瞩目的一项新技术,能量耦合效率是中继镜系统的关键因素之一.中继镜系统采用双望远镜结构实现光束上行传输与接收,光束上行传输过程中,由于衍射作用造成中心能量聚集和光斑扩展,且由于接收望远镜次镜的阻挡和主镜接收口径有限,造成系统能量严重损耗.文中建立了双望远镜系统模型,通过控制优化出射光场的相位分布...     

激光中继镜系统的上行光束模拟

介绍了激光中继镜技术的概念和激光中继镜系统的工作过程,分析了该系统的优势和应用范围,建立了激光中继镜系统上行光束模型并近似为一真空远场衍射模型.分析了上行光束的传输方式并计算了理想条件下不同传输距离Z处接收光场H(R)的强度、相位分布以及能量接收效率η与接收望远镜口径R和传输距离之间Z的关系曲线,最后对结果进行了分析.得出在理想情况下,当中继镜系统采用1.5 m口径的望远镜发射和接收波长3.8μm激光束时,随着衍射距离的增加,接收场的衍射远场特性逐步显现,对传输距离在50 km范围内,系统的能量接收效率在85%以上.     

基于相干合成的中继镜系统光束上行传输分析

建立了以相干光束阵列作为光源的中继镜系统模型,光源相位分布由随机并行梯度下降算法优化控制;定义了上行接收光束强度分布不均匀影响因子并分析了上行传输过程的评价函数;在H-V5/7模型大气湍流条件下分别计算了以相干光束阵列作为光源和以平台截断光束作为光源的中继镜系统的上行传输效能。结果显示,利用随机并行梯度算法控制多光束相干合成实现中继镜系统光束上行传输,系统上行传输能量耦合效率和上行接收光束强度均匀性均得到了有效的提高。对10 km上行传输过程,系统评价函数由0.6730提升至0.8838;对30 km上行传输过程,系统评价函数由0.4266提升至0.8560。     

基于涡旋光源和相位优化的中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究

激光中继镜技术是一项备受各方瞩目的新型系统作战概念。光束在上行链路传输过程中,接收望远镜的截断和次镜的阻挡导致了严重的能量损耗,降低了中继镜系统的性能。涡旋光源和相位优化是提升激光中继镜系统上行链路能量效率的有效方法之一。以光源口径为1.2 m,上行传输距离为30 km,上行接收望远镜外径为1.2 m,内径为0.24 m的中继镜系统为原型,搭建了相同菲涅耳数的中继镜系统光束上行传输缩比实验装置,通过液晶空间光调制器反射调制NdYVO4光源的方法产生涡旋光源,并由随机并行梯度下降算法优化涡旋光源相位分布,开展了中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究。实验结果表明,通过采用涡旋光源和相位优化,中继镜系统上行链路能量效率得到了显著提高,由71.89％提升至91.59％。     

中继镜系统上行传输的数值模拟

利用激光大气传输四维程序,在H-V5/7湍流模型下建立了双望远镜中继镜系统上行传输模型。数值研究了地面发射功率对中继平台接收望远镜与地面发射望远镜之间的耦合效率以及中继平台接收功率和接收光场远场峰值功率密度的影响。结果表明:在文中的条件下,中继平台接收功率随着地面发射功率的增大而增大,同时,中继接收望远镜与地面发射望远镜之间的耦合效率和中继平台接收光场的光束质量随着地面发射功率的增大而下降;存在一临界热畸变参数NDc,当上行传输的热畸变参数超过这一值时,中继平台接收光场的远场峰值功率密度不再增加反而下降。对不同湍流效应下的中继镜系统上行传输的临界热畸变参数作了进一步研究,得到了临界热畸变参数随D/r0值变化的拟合关系式NDc=22.36e-0.26（D/r0）+36.87。     

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8 m、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。     

在Ce：KNSBN晶体中双光束耦合的光束整形

本文的工作是利用在光折变晶体Ｃｅ：ＫＮＳＢＮ中，其光生载流子的迁移机制在空间电荷场形成过程中是以扩散为主的特性，使得能量从变形的泵浦光转移到信号光上去，而无相位转移，从而实现泵浦光的整形。     

利用阶梯镜进行半导体激光器光束整形及光纤耦合

文中首先从半导体激光器阵列的发光特性出发,采用阶梯镜对大功率半导体激光器阵列光束进行整形,最后得到一个纤芯为400μm,数值孔径为0.22的单光纤耦合模块,输出功率为33.7W,耦合效率为84.2%.     

斜程传输中继镜系统作用效果模拟

建立了斜程传输中继镜系统模型,由地基系统、中继镜平台以及必要的地面和通信链路等组成,光源为1 064 nm、100 kW功率的理想固体激光,中继镜平台位于光源斜上方45°、距离14.14 km处,发射、接收、二次发射望远镜内外径分别为0.1 m和0.5 m.分析了模型参数条件下中继镜系统上行光束最优传输方式;在某地实测大气条件下,利用激光大气传输"4-D"程序及相关程序模块分别计算了中继镜系统和地基激光直接对高度100 m、飞行速度500 m/s目标的作用效果.根据相关标准以及中继镜系统对目标可作用时间长的特点,选取地基系统直接作用和中继镜系统作用的破坏阈值分别为3 cm平均桶中功率密度1 000 W/cm2和200 W/cm2,分析得出:直接作用与中继镜系统作用的最大水平距离分别为4.3 km与8.8 km;对不同位置目标选择不同作用方法,整套系统可完全覆盖18.8 km水平距离的作用范围,大幅度拓宽了单一地基激光的作用范围.     

100 kW固体激光中继镜系统模拟

建立了中继镜系统模型,并进行了一定的近似,在某地区特定大气条件下,利用激光大气传输四维程序及相关程序模块,分别计算了固体激光中继镜系统和常规地基高能激光系统对1 km高度,1 km/s飞行速度目标的作用效果.根据中继镜系统对目标可作用时间长的特点,选取常规激光系统和中继镜系统的破坏阈值分别为3 cm桶中功率28.27 kW和5.655 kW,分析得出常规高能激光系统可作用目标的最大水平距离为4.6 km,中继镜系统可作用目标的最大水平距离为11.3 km.与常规高能激光系统相比,中继镜系统降低了大气对激光的影响,拓宽了激光系统的作用范围.     

战术激光中继镜系统

激光中继镜技术将激光源与光束控制部分离,降低了大气等因素对激光性能的影响.介绍了激光中继镜的概念及工作过程,分析了战术激光中继镜系统的优势与面临的技术挑战,最后介绍了美国中继镜技术的发展概况.     

用于大口径光束变换系统的矢量衍射分析

本文首先介绍了一种独特的矢量衍射方法.针对传播波在频域的范围过大的难点,通过引入"有效频域孔径"的概念,成功的将这种方法应用到大口径光束变换系统中.最后利用这种方法对大口径的矩孔和圆孔的夫琅和费衍射重新进行了分析,并讨论了抽样点数选取的问题.     

大功率半导体激光光源光束整形技术研究

光束质量是半导体激光器应用的最大瓶颈,但是可以利用光束整形技术加以改善。随着半导体激光合束技术的发展,半导体激光光束质量的提高,由于其在效率方面的优势,大功率半导体激光技术得到迅速发展。采用连续输出60 W,转换效率达到57%的880 nm大功率半导体激光bar条,组成20层的半导体激光叠阵,输出功率达到1183 W,通过快慢轴准直及光束整形提高激光器的光束质量,最终实现1 kW功率输出,电-光转换效率超过45.8%,光束质量达到79.3 mm.mrad×81.2 mm.mrad。从而使半导体激光器可直接应用于熔覆、表面硬化等领域。     

外腔谱组束耦合效率及光束质量的研究

基于外腔谱组束模型,详细分析了影响外腔谱组束耦合效率和光束质量的因素。结果表明:在存在Y偏移的情况下,耦合效率随光斑半径的增大而增加;在组束阵元数增加的情况下,优化组束阵列的耦合效率明显提高;使用外腔谱组束,为提高耦合效率和光束质量,应尽量选择焦距较长的传输透镜以及光斑半径较大的激光器。     

大功率激光二极管阵列光束整形技术综述

大功率激光二极管阵列相对于其他同等功率水平的传统激光器有很多突出的优点,但由于其输出光束质量差,影响了它的直接应用,因此大功率激光二极管阵列的光束整形技术成了人们关注的一个热点问题,该文介绍了光束整形的原理并对近年来商业中常用的光束整形技术进行了分析评估.     

半导体激光器光束耦合效率研究

在远距离无线光通信中,接收点光功率与光束发散角平方成反比。为了获得小的光束发散角和大的功率耦合效率,必须研究光束准直系统与耦合效率的关系。根据非傍轴远场光分布理论,用光线追迹法对半导体激光器光束准直系统中的功率耦合效率进行研究,给出半导体激光器光束耦合效率的计算方法,并进行计算机模拟。这里的研究结果对半导体激光器光束准直系统设计具有一定的指导作用。     

一种大功率激光加工用新型宽带光斑成形抛物面镜

介绍了一种大功率激光加工用新型宽带光斑成形抛物面镜的设计原理和实验结果.根据几何光学原理,采用光线追迹的方法对该抛物面镜的光斑进行分析,证明通过抛物面镜反射聚焦后,能够将原始圆形激光束整形为光强分布均匀的窄条形光斑.并利用该新型抛物面镜及横流CO2激光器,对45#钢进行了激光相变硬化研究,测量了淬火带尺寸和淬硬层深度,并对硬化层形貌及其金相组织进行了观察和分析.结果表明,当激光器输出功率为3 kW,窄条光斑长度12 mm,扫描速度15 mm/s时,该45#钢淬硬层硬度值可达540～580 HV0.3,是非淬硬层的3.5～4倍.淬硬层深度约为1 mm,单道淬火宽度10 mm以上,硬化层分布均匀.