高功率激光近场空间周期性调制补偿技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:andrea815
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在高功率激光系统中,影响其性能的主要因素是系统的增益能力和负载能力,而提高系统的负载能力关键在于提高光学元件的损伤阈值和光束近场分布的均匀性。激光光束在传输和放大过程中,由于光学元件质量,硬边光阑,泵浦噪声,增益饱和,热畸变,灰尘,污染颗粒物,非线性效应,杂物散光和环境噪声等会给近场光束引入振幅调制和相位调制,破坏近场光束分布的均匀性。这些调制又可以归结为单一的遮拦物引起的调制,非周期性随机分布调制和周期性调制三种类型,其中,周期性调制不仅给近场光束引入周期性调制,而且会给远场的焦斑引入旁瓣,此旁瓣的位置对应于周期性调制的空间频率,在高通量运行时,某些频段的周期性调制还会由于非线性效应而迅速增长,引起小尺度自聚焦并对后续光学元件产生损伤威胁。  近场中的周期性调制通常用空间滤波器来滤除,但是空间滤波器在高功率激光系统应用中,还存许多问题,比如等堵孔效应,结构冗长,高真空度的要求等,其中,堵孔效应是影响系统输出能力最重要的因素之一。为了解决这些问题,相关的研究人员提出了对滤波小孔的结构进行改造,滤波小孔历经了垫圈型,四叶型和锥孔型三种类型,其中锥孔型滤波小孔的性能最好,目前已被应用到美国国家点火装置(NIF)的预放系统中。此外,还有研究人员提出了狭缝型空间滤波器,其将传统的凸透镜换成了柱透镜,使焦斑变成了焦线,大大增加了焦面处光场的面积,降低了焦面处的光功率密度。  此外,空间光调制器能调节光场的强度,相位和偏振状态,逐渐被应用到大型激光系统中,不过目前应用最多的是在光束整形方面。考虑到前面提到的空间滤波器在应用中遇到的问题,能不能借助空间光调制器对周期性调制近场光束进行补偿的方法,来避免产生堵孔效应,进而提高近场的光束质量,是所要研究的内容。  本论文主要的研究内容如下:  1、利用迭代权重算法对近场中的周期性调制进行补偿,在迭代权重算法中,针对周期性调制补偿的问题,参数的选择以循环前十次后输出光束的对比度进行比较而得的,这种方法比用尝试法确定参数更有针对性和选择性,此外,对光场相位的提取利用MATLAB中的angle函数,可以避免迭代算法中分母出现为零的情况而使迭代终止。这种方法在使用过程中不需要使用空间滤波器的滤波小孔,因而避免了堵孔效应的发生,最后,数值模拟和实验验证了这种方法的可行性。  2、理论分析和数值模拟了矩形相位载波,二元相位载波,闪耀相位载波和正弦相位载波对周期性调制近场光束的补偿,其中,矩形相位载波和正弦相位载波对周期性调制近场光束的补偿效果最好,不论是振幅型周期性调制还是相位型周期性调制,都可以用这种方法进行补偿。这种方法的原理是通过改变矩形相位载波的相位幅度来控制周期性调制空间频率的强度,另外矩形相位载的周期影响振幅型周期性调制的空间频率强度极大值的位置。这种方法使用时可以考虑使滤波小孔的半径设置的大一点,在避免卡边效应发生的同时也有利于缓解滤波小孔堵孔效应的发生。  3、实验验证了矩形相位载波对周期性调制近场光束的补偿,矩形相位载波的相位分布可以控制周期性调制空间频率的强度,其相位幅度差和振幅型周期性的空间频率强度有关,其相位分布平均值和相位型周期性的空间频率强度有关,此外,合理的选取矩形相位载波的周期来确保相位载波调制后的高阶空间频率全部在滤波小孔的截止频率范围之外。通过对实验结果和数值模拟结果中相位载波调制后的空间频率分布进行对比,证明了这个方法的可行性而且分析了两者存在差异的原因。此外,也对未加载矩形相位载波和加载周期为2个像素的矩形相位载波时输出近场光强分布图及对应的一维平均功率谱密度(PSD)曲线进行了比较分析,周期性调制的空间频率峰值下降了一个数量级,并降低到了本底值附近。
其他文献
黑洞是一个非常神秘的天体,它依靠自身强大的引力,不断地吸引靠近它的天体并将其吞噬掉.然而,黑洞并不是光吞不吐,它在吸引其它天体的同时,也向外射出各种粒子.
科技不断进步,教学手段也在不断更新,传统的一支粉笔一本书的语言教学方式已远远不能满足新课程对教学方法的要求. 现代英语教学的发展趋势:以学生为中心,以交际为目的,多媒
本文通过对荣华二采区10
期刊
随着光通信和物联网技术的大力发展,信息需求量的增加,通信业务将转向以高速IP数据和多媒体为代表的宽带业务,这对光通信网络的带宽和容量提出了越来越高的要求。密集波分复用(D
实现高分辨率成像,是目标探测和目标识别领域一项重要的工作,其在战略防御和侦察监视等方面具有战略性发展地位。随着激光技术的发展,激光成像系统越来越多的应用于军事和商业领
重庆市地处长江、嘉陵江交汇处,工程建设所用天然砂主要取自两江的天然砂,细度模数多在1.6以下,多为特细砂。所以,重庆的一些重要工程结构的混凝土,均采用运距400km以外的简阳砂或
随着科学技术的迅猛发展,被控对象或过程在结构、规模上变得复杂化、大型化,具有高度的非线性和不确定性。传统控制理论难以解决此类复杂非线性系统的分析、建模与控制问题,
对于空间三维加上时间这个维度所构成的世界,我们都很熟悉,也很容易感受到这四个维度的存在,认为它们很平常,因此人们会认为只要有四个维度就能构建一个世界。爱德华·魏顿提
随着航空运输量的增加,机场区域内空中和地面交通变得十分拥挤,航班延误数量和延误时间不断增加,如何更加有效的利用现有机场设施来满足同益增长的航空运输需求成为一个重要的研
随着信息技术的发展,传统的黑板加粉笔的教学模式正在悄然发生着变化。首先是作为硬件设施--计算机的引入,使电子教案替代了部分黑板板书的工作;然后,随着计算机软件技术的普及,一