一、高功率激光系统共轴鬼光束光斑大小及光强的计算（论文文献综述）
张玉莹[1]（2021）在《基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术》文中指出随着光纤技术的发展,光纤的传输功率显着提升,高功率的光纤系统在军事、通信、制造等领域广泛应用。不过传输能量过高会引发光纤内的非线性效应,通常选择增大纤芯直径降低能量密度,但是会增加导波模式数量;除此之外,光束在多模光纤中传输时,多个导波模式之间有模式竞争、模式耦合;激光器的泵浦源、谐振腔使用寿命减少,及配套电路器件老化等问题,均会使出射光束的光束质量下降,进而对光学系统的性能造成影响。光束质量因子M2和其他评价光束质量的参数,仅能选择性地反映激光束的传输情况或者聚焦程度,无法分析光束的模式特性。所以本文采取模式分解技术研究光纤激光的模式特性。论文首先分析光纤内的本征模式特性及光束衍射传输的基本原理,在此基础上,公式推导验证基于相关滤波原理的模式分解技术的理论正确性。在仿真实现模式分解过程中,结合双步ABCD算法,可调节远场频谱面的抽样单元尺寸,提高光斑分辨率。采用液晶位相调制器作为相关滤波器,对光纤出射光束进行位相调制,使光纤内传输的本征模式在空间上相互分离;提出远场光强数据处理算法,将CCD的探测光强导入计算机中,结合算法操作后获得光强分布,依据该光强数据可计算光纤内本征模式的权重系数和模间相对位相;并且仿真分析离焦、焦移误差因素对模式分解结果的影响;搭建实验平台,实现模式分解,通过实验分析空间载频分量和离焦误差对模式分解的影响。以上工作内容是为了解决模式分解技术在仿真分析和实际工程应用中的难题而开展,其中主要内容如下:1、将双步ABCD算法应用在模式分解的远场光斑分析中。由于傅里叶变换频谱面的采样率固定,在仿真时远场衍射光斑过于微小且集中以致无法分析;应用双步ABCD算法,可调节频谱面抽样单元尺寸,提高光斑分辨率,保证从光斑中选取光强数据的准确性,进而确保模式分解结果的准确性。2、选择液晶位相调制器完成位相调制,且提出远场光强数据处理算法共同实现模式分解。基于相关滤波原理可知,对光纤出射光束既有振幅调制和位相调制。液晶位相调制器调节位相,精准度高,其可编程的操作具有灵活性;提出远场光强数据算法,用算法处理光强数据模拟对光束振幅调制。仅位相调制可使光斑在频域相互分离,只有经过算法处理后的光强数据,才可被用于计算本征模式的相关参数。3、分析离焦、焦移影响因素对模式分解结果的影响。高阶高斯光束和高阶贝塞尔光束具有焦移的特性,仿真分析焦移误差因素的影响。在实际工程应用中,探测器的位置与几何焦点难免有离焦误差,通过仿真和实验得到,高阶模LP02模式受离焦的误差影响更大,而阶数更低阶的5个低阶模式,在相对离焦量-0.25%—0.25%范围内,模式分解结果误差率在10%以内。提出基于菲涅耳衍射的迭代寻焦算法,优化焦移误差。最后对整篇文章进行了总结,并对激光模式内容测量以及基于相关滤波原理的模式分解技术进行了展望,分析其未来的发展方向以及待解决的问题。
宋纪坤[2]（2020）在《光纤激光相干合成主动相位控制算法研究》文中研究指明光纤激光器凭借其较高的转换效率、良好的光束质量以及紧凑的系统结构,在激光加工、医疗美容和军事国防等领域有着广阔的应用前景。由于光纤增益介质的非线性效应和器件热效应等因素的影响,单根光纤激光器的输出功率是有限的。光纤激光相干合成技术是能够突破单根光纤激光器的功率极限获得高光束质量高功率激光输出较为有效的途径之一。光束相位的快速准确控制技术是实现光纤激光相干合成的关键技术之一,对其进行深入研究可以进一步推进相干合成技术工程化应用。本文以基于主振荡放大（MOPA）方案的光纤激光相干合成系统为研究框架,以相干合成主动相位控制算法为重点研究对象。对传统的主动相位控制算法——随机并行梯度下降（SPGD）算法进行了深入研究,并结合深度学习中的优化算法对其进行改进,通过仿真和实验验证了SPGD算法及其改进算法在相干合成系统中的有效性。本论文的工作为实际相干合成系统的的设计和算法选择提供了理论参考。文章的主要研究内容如下:一、对光纤激光光束合成技术和主动相位控制技术进行了回顾与分析;介绍了光纤激光光束合成技术的国内外研究现状,分析比较了光纤激光相干合成和非相干合成的优缺点;详细介绍了相干合成主动相位控制方法,并对各控制方法进行对比分析,确定SPGD算法作为本论文的重点研究对象。其次,通过建立光纤激光相干合成系统理论模型,定量分析了填充因子、相位误差、强度误差以及偏振误差等对相干合成效果的影响。通过理论研究相干合成阵列光束在湍流大气中的传输特性（平均光强和闪烁效应）,分析了湍流大气对相干合成效果的影响。二、建立了SPGD算法光纤激光相干合成理论模型。通过静态模拟验证了SPGD算法在相干合成系统中的可行性。通过动态模拟研究了相位噪声扰动幅度和频率对SPGD算法相干合成系统合成效果的影响,并分析了相干合成系统控制带宽与合束数目以及扰动幅度之间的关系。另外,利用计算生成的旋转的相位屏模拟大气湍流,研究了湍流大气对SPGD算法相干合成系统校正效果的影响。仿真结果表明,随着大气格林伍德频率的增加,系统的合成效果变得越来越差,算法的迭代速度越快,系统对湍流大气的校正效果越好。三、针对传统SPGD算法在系统校正过程中存在的问题,从增益系数方面,提出了一种自适应增益系数的SPGD算法——Ada SPGD算法。通过对Ada SPGD算法相干合成系统的静态和动态仿真,研究了自适应增益调节因子对SPGD算法的影响。结果表明,本文提出的自适应增益调节方法可以有效提高SPGD算法的收敛速度。从梯度估计方面,结合物理学中动量的思想,提出一种带有动量项的SPGD算法——Mom SPGD算法。通过静态和动态数值模拟验证了Mom SPGD算法在相干合成系统中的可行性,并分析了动量项对SPGD算法的影响。本文提出的动量法能够提高SPGD算法的收敛效果和抗干扰能力。进一步,将自适应增益调节方法和动量法相结合,提出综合改进算法——Adm SPGD算法。静态和动态仿真结果表明,Adm SPGD算法能够提高相干合成系统的收敛速度和校正效果,并且基于Adm SPGD算法的相干合成系统对湍流大气的校正效果较为显着。四、建立了光纤激光目标在回路（Target-in-the-loop,TIL）相干合成系统,通过数值仿真验证了SPGD算法和Adm SPGD算法在系统中的有效性;分析了目标特性对系统闭环控制效果的影响。为了对仿真结果进行验证,搭建了光纤激光相干合成实验平台。实验结果表明,SPGD算法及其改进算法能够被应用于相干合成系统中;改进的SPGD算法能够提高相干合成系统的收敛速度和校正效果;非合作扩展目标下系统的相位控制算法可以被有效执行。最后对论文进行总结,对光纤激光相干合成系统以及主动相位控制算法的发展方向和趋势进行了分析。
王小磊[3]（2019）在《多波长、亚纳秒Yb:YAG/Cr4+:YAG/YVO4被动调Q拉曼微片激光器的研究》文中提出多波长、高峰值功率脉冲激光器在激光探测、差分吸收雷达（DIAL）、激光干涉仪、光谱分析、全息测量、生物光子学以及非线性光学频率变换等领域有着广泛应用。借助受激拉曼散射（Stimulated Raman scattering,简称SRS）技术可以实现多种激光波长激光同时输出,而且在频率转换过程中无需相位匹配,具有脉宽压缩和光束“净化”效应,是国际上非线性光学学科的研究热点。将SRS技术与“三明治”形式的被动调Q微片激光器相结合构成被动调Q拉曼微片激光器（passively Q-switched Raman microchip laser,简称 PQSRML）不仅可以拓宽传统微片激光器的输出波长范围和激光波长选择的灵活性,而且可以实现拉曼激光器的小型化。相比于传统的Nd3+离子掺杂的激光增益介质,Yb3+离子掺杂的激光材料具有无浓度淬灭效应、可实现高掺杂、热负载低的优势,使得其在作为被动调Q拉曼微片激光器的激光材料方面具有明显的优势。尽管在采用Yb:KGW、Yb:KYW、Yb:KLuW、Yb:YV04等晶体的被动调Q自拉曼结构的激光器中已实现基频光和拉曼光双波长输出,但是由于自拉曼晶体同时作为激光晶体和拉曼晶体,热效应严重,限制了其激光性能的提升,也不利于腔内基频光和拉曼光性能的分别优化,无法同时实现两种波长激光的高功率运转。因此,有必要研究将Yb3+离子掺杂的激光材料和拉曼介质分开的被动调Q拉曼微片激光器以期获得性能优良的多波长激光输出。本论文采用Yb:YAG晶体作为激光增益材料,YV04晶体作为拉曼频率转换晶体,开展了拉曼微片激光器的研究工作,在连续和被动调Q条件下获得了性能优良的多波长拉曼光运转。首先,在Yb:YAG/Nd:YV04连续拉曼微片激光器中实现频率间距随入射泵浦功率可调的1.05 多波长基频光和1.08 μm、1.11 μm多波长拉曼激光输出,获得了 260mW的拉曼激光输出。Yb:YAG/Nd:YV04连续拉曼微片激光器输出频率间距可调的1.05 μm、1.08 μm和1.11 μm激光为研制小型化太赫兹波提供了新型多波长激光光源。随后利用高掺杂的Yb:YAG晶体和晶格更完整的纯YV04晶体,在Yb:YAG/YV04拉曼微片激光器中实现了高光学转换效率的1.08 μm的拉曼激光输出。获得了最大输出功率为1.16 W、光-光转换效率为18.4%的拉曼激光输出。而且产生包含1个、2个和4个相位奇点的环形（LG0,1）、双涡旋阵列（two-vortex array）和四涡旋阵列（four-vortex array）等涡旋拉曼光。激光器输出光谱呈类光频梳结构,包含等间距排列的30个纵模,光谱宽度为7.64 nm,输出拉曼光波长从1072.49 nm延伸到1080.13 nm。本工作产生具有梳状光谱的涡旋阵列光束为小型激光器产生光频梳涡旋光束提供了新的研究思路。在连续多波长拉曼微片激光器的基础上,将Yb:YAG、YV04和Cr4+:YAG三种晶体元件通过“三明治”的方式构成动调Q拉曼微片激光器,获得了 1030 nm、1123 nm、1134 nm、1260 nm 四波长和 1030 nm、1050 nm、1079 nm、1134 nm、1156 nm和1260 nm六波长激光振荡。拉曼光的最大峰值功率为9.2 kW,最窄脉冲宽度为440 ps。相比于以前报道的基于Yb:KGW、Yb:KYW、Yb:KLuW、Yb:YVO4等晶体的自拉曼激光器,激光晶体和拉曼晶体的分立设计明显改善了激光器的热性能,提供了更多的波长组合的选择灵活性,获得了更高的峰值功率。本工作的结果相比于最新报道的Yb:KLuW自拉曼微片激光器（2015年,拉曼光脉冲输出性能为119 mW、3 μJ、1.5 kW、2 ns）,拉曼光峰值功率提升了 5倍以上,拉曼光脉冲宽度只有其1/4。随后,采用工艺成熟、商品化的1030nm激光反射镜作为输出耦合镜,结合二倍频以及和频等二阶非线性频率转换效应获得了亚纳秒、多波长近红外拉曼光和绿光输出。拉曼光的最大平均输出功率增加到111.4 mW,相应脉冲能量为7μJ,峰值功率为8.9 kW。通过改变腔外KTP晶体与入射激光的夹角,获得相对强度可调谐的530 nm和549 nm双波长绿光。为了优化拉曼光输出性能,在理论上利用被动调Q拉曼微片激光器速率方程研究了拉曼光输出特性与输出耦合镜透过率（TOC）和Cr4+:YAG晶体的初始透过率（T0）的变化规律。研究表明,对于不同的T0,存在着一个优化的TOC可以实现大脉冲能量、高峰值功率、窄脉宽的拉曼脉冲激光输出。在实验中,采用T0=90%的Cr4+:YAG晶体和TOC=11%的输出耦合镜组合,将拉曼光平均输出功率提升为143 mW。使用T0=85%的Cr4+:YAG晶体和TOC=16%的输出耦合镜组合,拉曼光的脉冲能量提升到24.1 峰值功率提升为45.1 kW,最窄脉宽为505 ps,输出激光脉冲稳定。该结果是目前已报道的在连续泵浦条件下被动调Q拉曼微片激光器实现稳定输出的拉曼光峰值功率的最高值。为降低激光器的热效应,利用940 nm光纤耦合准连续LD泵浦,在Yb:YAG-Cr4+:YAG/YVO4复合晶体被动调Q平凹腔拉曼激光器中,得到466 ps的亚纳秒拉曼激光输出,峰值功率达到95 kW,单个泵浦脉冲下拉曼脉冲重复频率达到87.8 kHz。平凹腔结构的腔长调整灵活,便于调节谐振腔内束腰的位置和尺寸,为今后在谐振腔内加入KTP、LBO等二阶非线性晶体,发展多波长、亚纳秒被动调Q可见光拉曼激光器具有指导意义。本论文的研究成果在理论和实践方面为今后推动基于Yb3+离子掺杂激光材料的波长间距可控、多波长、大能量、高峰值功率被动调Q拉曼微片激光器的发展具有一定的参考价值。
任大良[4]（2019）在《大功率光纤激光光闸高效率耦合技术》文中指出随着光电子技术的发展,光纤激光器的输出功率不断攀升,目前最高可达到单纤万瓦级的输出功率。光纤激光器在工业加工中已有着广泛的应用,输出功率的不断提高也为激光加工提供了更多可能。大功率输出的光纤激光器价格较为昂贵,实际应用条件下,一台光纤激光器会作为多个加工设备的光源。光闸是光纤激光器光束传输系统的关键部件之一,其采用透镜耦合的方式,将单一光纤输出的激光耦合到不同的光纤中输出,实现激光能量的分时复用,提高大功率激光器利用效率。在光闸系统中,如何保证激光高效耦合是光闸研究中的难点问题。大功率激光通过光闸内部耦合进不同输出光纤,耦合效率的下降不仅会引起输出功率的降低,还会导致大量激光能量泄漏到光闸内部,损毁器件。光纤纤芯面积较小,将激光高效耦合进纤芯,需使光纤端面处的光束参数满足耦合条件,同时又要保证光纤与光束的相对位置精确适配,从而有效控制耦合误差。如何设计数值孔径、焦斑特性符合高效耦合要求的光路系统,以及在线使用过程中,光闸内部结构封闭的情况下,采用何种方法实时监控耦合误差,从而有效提高耦合效率,是光闸研究中的重点问题。根据激光的传输理论和光纤耦合理论,提出了光闸分时复用光学系统的设计方案。针对经过光学系统变换后光束参数求解问题,利用高斯光束传播特点,结合几何光学理论,对光束经光学系统的变换进行分析,提出了透镜焦距比M。研究焦距比M对耦合光束参数的影响,为耦合光束参数及透镜参数的计算提供了便捷的方法。最终基于上述光路分析,设计出焦距比M=1,可高效耦合输出的耦合光学系统。为了合理控制耦合误差,对耦合光纤端面附近高斯光束的场强分布进行仿真,研究不同耦合误差对耦合效率的影响。根据耦合效率随不同耦合误差的变化规律,设计三维调整结构,用于调整耦合误差。针对光闸应用中耦合效率的实时控制问题,研究输出光纤产生后向光波的机理,得出了后向光波的强度与耦合误差之间的关系规律。从而提出了利用输出光纤端面处的后向散射光的强度来实时控制耦合误差的方法。组建光闸实验装置并进行实验。实验所用输入光纤型号为LMA-GDF-20/400-M,采用MM-S50/120/360-22FA型号光纤做为输出光纤,准直和聚焦光学系统焦距皆为50mm。通过调整机构引入耦合误差,测量耦合效率与不同耦合误差的关系,与仿真结果一致。设计后向散射光测量实验,通过测量散射光强随耦合误差变化曲线,证明了利用监测散射光强控制耦合误差方法的可行性。利用监测散射光的方法调整耦合系统,在最高输入激光功率为1009W时,耦合效率达到了95.1%。
刘斌[5]（2018）在《高光束质量高峰值功率固体激光放大技术研究》文中研究说明近年来,得益于中国政府在产业升级,智能制造领域的大力扶持和政策引导,高光束质量、高峰值功率的红外、绿光甚至紫外激光器成为激光领域的研究热点。基于主振荡功率放大结构的固体激光器以其简单紧凑的结构、良好的稳定性、较高的性价比得到了激光加工尤其是精细加工领域的青睐。本文着眼于激光应用市场,主要对固体激光放大技术进行了研究,以期获取高光束质量、高峰值功率的激光输出。文章主要分为两方面内容:第一方面从制约光束质量的晶体热效应入手,通过仿真计算寻找热管理的有效方法,并基于对称腔和非对称腔的自再现模对影响光束质量的热致球差进行了分析和仿真,提出球差补偿理论;第二方面将球差补偿理论在放大级中进行验证,并基于良好的热管理和球差补偿理论,设计搭建了一套高光束质量、高峰值功率的光纤固体混合放大系统,并对其非线性转换进行了研究分禄。本文以成熟的商用激光增益介质Nd:YVO4和Nd:YAG为主要研究对象,二者都是良好的激光增益介质,但由于热致畸变导致的光束质量恶化成为制约其获取更高功率的重要因素。通过对不同结构谐振腔的研究,发现高斯光束在谐振腔中的光强分布和相位分布会随着传播过程而不断变化,两者共同作用,表现为光束质量的变化。在对称腔结构中,光束质量在传播过程中不发生变化,而在非对称腔中光束质量经历改善到恶化的循环过程。通过将腔内的光束质量演化过程在腔外通过多级放大器循环设计,实现了光束质量的有效管理。文章从仿真、理论和实验上对这一过程进行了研究分析,得出由于晶体热效应引入的正球差为影响光束质量的主要因素。然而高斯光束传播过程中,球差会不断变化。它在经过束腰后球差会由正值变为负值,当绝对值与正球差相近的负球差再经过带有正球差的晶体后,就可以实现球差的补偿从而实现光束质量的改善,这一过程可以通过两级放大级单通实现,也可以通过一级放大级双通来实现。这一理论不仅适用于同一介质主振荡多级放大过程,同样对于不同增益介质也适用。当一束高光束质量的光束经过一级增益介质的双通放大,可以保证光束质量基本不变,从而继续进入下一级双通放大。这有助于充分利用光纤激光器易获得小信号、窄脉宽、重频和谱线可调的输出特点,以及Nd:YVO4晶体在小信号输入时易获得高增益和Nd:YAG晶体在高填充大功率抽取条件易获得高功率输出的优点,将三者充分结合。设计了以锁模光纤激光器作为种子源,两级Nd:YVO4双通放大作为预放,和一级Nd:YAG双通放大作为主放的主振荡功率放大系统（Master Oscillator Power Amplifier,MOPA）。其中,光纤种子源脉宽4.8 ps,输出重频在30 kHz-30 MHz可调,单脉冲能量为～1 nJ,谱线在1064.4 nm中心谱线附近± 0.2 nm可调。对于两级Nd:YV04双通放大,通过合理设计每一个放大级泵浦点的大小和填充因子,保证了高增益的获取,对于单级Nd:YAG双通放大,通过增大泵浦和填充因子,提高抽取效率的同时降低了激光在晶体表面的峰值功率密度,以防高峰值功率损伤晶体。最后在重频30 kHz,中心谱线1064.38 nm条件下得到平均功率为31.8 W的激光输出,单脉冲峰值功率超过100 MW,而光束质量因子为1.26,整个放大系统的增益超过60dB。基于上述主振荡功率放大系统,分别在腔外进行了二倍频和四倍频的实验研究。得益于上述系统的高峰值功率以及高光束质量,获得了 80%的二倍频转换效率和35%的四倍频转换效率,最终得到25.5 W 532 nm激光输出及8.9 W 266 nm激光输出。
娄兆凯[6]（2017）在《高能激光系统强光光学元件热损伤机理研究》文中研究说明随着高能激光技术的不断发展,高能激光系统正从实验室逐步走向战场。面对严苛的战场应用环境,提高高能激光系统中强光元件的抗损伤性能,成为迫切需要解决的问题。高能激光系统中的强光元件须承受数kW/cm2的连续强光长时间辐照,若局部吸收过多的激光能量,极易出现热损伤,严重损害系统的可靠性,制约着高能激光系统走向实用。目前来说,国内外对强光元件损伤机理的研究主要集中在超短脉冲引起的光电场效应研究,对于长脉冲和连续激光的热效应研究相对较薄弱。因此本课题旨在研究高能连续激光系统中强光光学元件的热损伤机理,主要内容如下:研究了强光光学元件热损伤的一般过程,建立了通用物理模型。首先利用强光元件微弱吸收分布测量仪测量了强光元件表面的吸收分布,相较于基底疵病和膜层缺陷引起的吸收峰,污染物导致的吸收峰尺度和量值都要大两个量级。这表明污染物是造成强光元件热损伤的首要因素。进而在实验上研究了强光元件的热损伤行为,将强光元件的热损伤分为局部位置能量累积、膜层消融、热应力累积与炸裂以及元件熔融四个过程。基于热传导理论和热应力理论,建立了强光元件热损伤的通用物理模型。热损伤开始由粘附在强光元件上的污染物引起,污染物使表面形成局部较强的吸收峰,吸收峰吸收大量激光能量并以热传导的形式传递给膜层,使膜层局部温度迅速升高,开始出现小面积消融。消融后的区域显露出基底,基底热应力快速累积的同时,不断地向周围传导热量,致使周围的膜层继续消融。当基底热应力达到断裂强度,元件开始出现断裂,形成灾难性损伤。依据上述物理模型,研究了膜层消融过程、热应力累积与炸裂过程,理论计算结果与实验结果吻合较好。对腔内强光元件的热损伤特性进行了研究。腔内强光元件局部损坏会影响激光振荡、改变腔内光强分布。利用巴比涅原理和衍射光学理论、角谱理论和快速傅里叶变换方法,对微尺度下反射率凹陷和大尺度下反射率凹陷的影响分别进行了理论研究。研究发现,强光元件微尺度的反射率凹陷对激光光场的影响很小,随着损伤区域的扩展,会对激光光强分布产生影响,使照射到损坏区域的激光功率密度不断减小。根据腔内强光元件损伤面积与激光光强分布的耦合关系,利用物理模型研究了腔内强光元件的热损伤过程,腔内强光元件的损伤面积不会一直扩展,而会收敛到某一固定值。对强光元件使用中的若干问题进行了探索。通过实验证实了使用“First Contact”清洁的效果优于人工清洁效果,探索了标准化的清洁方法;根据洁净强光元件吸收率的退化规律,评估了洁净强光元件的使用寿命;讨论了强光元件热损伤的尺度律问题,在高能连续激光辐照下,辐照激光功率线密度（单位W/cm）相同,强光元件的损伤行为相同,不同尺度系统所需要的急停时间与尺度比的平方成正比。论文建立了高能激光系统中强光元件热损伤的物理模型,阐明了强光元件热损伤的机理,对于提高强光元件的抗损伤能力,保障高能激光系统稳定运行具有重要意义。
成洪玲[7]（2017）在《窄线宽可调谐激光纵向泵浦碱金属铷蒸气激光器研究》文中研究表明碱金属蒸气激光器是以碱金属的原子饱和蒸气为激光增益介质,采用光泵浦的泵浦方式。与其它传统的高功率激光器相比,具有其自身的突出优点和较好的综合性能。该种激光器本身具有很高的量子效率,同时兼具固体激光器和气体激光器的优点,并且激光器的输出波长接近于大气窗口,更因其激光增益介质为气体而易于流动散热。在未来高功率激光领域有着巨大的发展潜力,在军事和航空航天领域、激光加工、基础物理研究和医疗等领域具有非常好的应用前景,因此迅速地受到很多研究人员的广泛关注,成为了激光器研究领域的一个新的研究方向与热点。本文对窄线宽可调谐激光纵向泵浦碱金属铷蒸气激光器进行了理论和实验方面的研究。在理论研究方面,首先分析了碱金属原子的能级特性,针对碱金属蒸气激光器存在的问题,提出了几种解决方案,解释了缓冲气体在碱金属蒸气激光器运行中起到的碰撞加宽和能级碰撞弛豫作用。依据激光三能级速率方程,从理论上分析了缓冲气体和增益介质温度等参数对含有烃类气体和无烃类气体两种激光器系统输出性能的影响,为纵向光泵碱金属铷蒸气激光系统的实验研究提供了理论指导。其次介绍了准分子激光器的基本原理和碱金属-稀有气体准分子激光器的运转方式。根据碱金属-稀有气体准分子激光的四能级体系速率方程,计算分析了缓冲气体、增益介质的长度和工作温度等参数对Rb-Ar和Rb-Kr两种准分子激光系统输出性能的影响,为纵向光泵Rb-Ar准分子激光系统的实验研究提供理论依据。在实验研究方面,依据钛蓝宝石晶体的物理性质和光谱特性,开展了在室温下运转工作的高功率窄线宽可调谐纳秒掺钛蓝宝石激光输出实验。实验研究中采用532 nm倍频激光作为泵浦光源,在激光谐振腔内加入棱镜和双折射滤光片,对掺钛蓝宝石激光的输出中心波长进行调谐,同时压缩其线宽。实验得到的掺钛蓝宝石激光的输出波长、线宽和功率完全符合碱金属Rb蒸气激光输出实验对泵浦光源的要求。并可通过调谐棱镜和双折射滤光片,获得符合Rb-Ar准分子激光系统泵浦光源要求的输出激光。采用此掺钛蓝宝石激光系统作为泵浦光源,分别对纵向光泵碱金属铷蒸气激光系统和Rb-Ar准分子激光系统展开了实验研究。在纵向光泵碱金属铷蒸气激光系统的实验研究中,设计了可更换激光增益介质和反复充气的碱金属蒸气池,配套了缓冲气体循环充气系统。建立了纵向光泵碱金属蒸气激光输出系统。泵浦激光中心波长为780 nm,单面纵向泵浦Rb-He-methane增益介质,获得了波长为795 nm的铷激光输出。分析了造成碱金属铷激光系统输出效率较低的主要原因,提出了简要的解决方法,并且针对改进后的激光系统进行了实验研究。研究纵向光泵碱金属Rb-Ar准分子激光实验时,作为泵浦光源的掺钛蓝宝石激光的输出中心波长调谐为755 nm。在蒸气池内充入Rb-Ar混合气体,单面纵向泵浦Rb-Ar准分子,得到了波长为780 nm的激光输出。同时调谐泵浦光中心波长从754 nm到759 nm变化,测量出了Rb-Ar准分子的吸收伴峰值宽度,验证了宽带泵浦碱金属-稀有气体准分子激光输出的可行性。最后分析了造成Rb-Ar准分子激光系统输出效率非常低的主要原因,提供了解决问题的方法。
黄智蒙[8]（2014）在《光纤激光主动相位与偏振自适应控制技术研究》文中指出高光束质量的高能激光在材料处理、工业加工、医疗等方面具有广泛的应用。特别是光纤激光,因其光束质量好、体积小、效率高等优势,近些年得到较快发展,但由于受到热效应和非线性效应的限制,单台激光器无法达到很高的输出能量,并同时保持高的光束质量。而多台激光器可以通过光束相干合成技术实现高能激光输出,同时改善光束质量。在光束相干组束中,相位与偏振控制技术是其关键。其中,基于主动控制的合成效率会随着相位调制频率和A/D、D/A转换速度的加快而提高,合成数目、功率扩展性较大。因此研究基于高速、并行化的主动相位控制技术有利于实现大阵列光纤激光高效优质相干合成,从而提高激光输出功率水平和光束质量,对高能激光的发展和应用具有较大的推动作用。论文对光束主动相位与偏振控制技术展开了理论和实验研究。系统分析了各种光纤阵列主动相位控制方法与光束合成路数的关系以及向大阵列扩展的潜力,讨论了光束主动锁相技术在光纤阵列、板条放大相干组束中的应用以及激光偏振自适应控制技术等关键问题,为高能光纤（固体）激光实现功率扩展提供了参考和建议。论文针对目前光束阵列相干组束中主要使用的几种主动相位控制方法,包括随机并行梯度下降算法（SPGD）、频域多抖动法和时域单抖动法等,进行了理论研究,对各种方法的控制过程进行了建模分析、给出了优化的控制参量,判断能够实现锁相的控制时间和控制对扰动的稳定性。对主动控制方法包括SPGD、多抖动法、单抖动法的控制带宽、控制时间与合成路数的关系进行了数值模拟,对各种控制方法应用于超大规模阵列相干合成、光学相控阵的可行性进行了详细分析。并且理论模拟了大阵列相干组束情况下,相位控制残差RMS、相位噪声强度与合成光束质量、相干度的关系。对SPGD算法光纤阵列主动相位控制进行了实验研究。设计制作了高速SPGD算法控制器（FPGA模块处理速度达到50MHz,单次迭代速率达到200kHz）,分别开展了5路、10路光纤阵列主动锁相实验。提出了变增益系数的优化算法,实现了10路光纤激光阵列的锁相闭环控制,锁相效率达到理想值的89.68%,相干合成远场光斑光强稳定在最大值附近。实验验证了SPGD算法应用于多组束光纤激光主动相位控制的可行性。对基于多相位扰动的光束阵列相位控制新算法（nultilevel phase dithering method-MPD）进行了理论和实验研究。该算法利用方波扰动和时分复用技术,经过并行化处理,不需要相关检测积分过程,具有控制速度快,适合于大阵列相位控制等优点。对多相位扰动算法（MPD）光纤激光阵列主动相位控制进行了实验研究。用5个双通道可编程任意信号发生器以及对应的10个LiNO3相位调制器模拟光纤放大器的相位噪声功率谱（相位变化幅度±1rad,最大变化频率4kHz,简称小调制噪声,相位变化幅度±2rad,最大变化频率4kHz,简称大调制噪声）,结合MPD算法和LiNO3相位控制器阵列实现了10路光纤激光阵列的相位锁定。相位检测与控制单次迭代速率达到200kHz。在无调制噪声、小调制噪声、大调制噪声情况下,锁相效率分别达到理想值的98.96%、98.40%和97.55%,相位控制精度分别优于λ/61,λ/50和λ/42rms。实验上验证了MPD算法具有适用于大阵列、高功率光纤激光相干并束的潜力。对基于多相位扰动法的三十路光纤激光阵列相干合成实验研究进行了设计,制作并搭建了相应的三十通道相位控制模块和实验平台。实现了两路208W光纤-板条链路放大器在衍射极限下的功率相干合成,采用MPD算法进行主动锁相控制,条纹可见度由开环时的0.2提高到闭环时的0.87,锁相效率达到理想值的90.38%,相位控制精度优于λ/20rms。实验验证了该方法可以实现高功率固体放大器的相位锁定,并且数值模拟和理论分析了板条矩形光束的相干组束。将多相位扰动算法应用于光束指向控制,控制模型数值模拟显示采用光纤激光（MOPA）结构能够快速锁定到稳定状态,从而实现高速的二维扫描偏转。最后,针对光纤激光主动偏振控制进行了数值仿真与实验研究。完成了光纤激光偏振控制实验系统的研制。对种子源、偏振控制模块、偏振检测、光纤光路等进行了总体设计。采用基于压电陶瓷的光纤偏振控制器和快速搜索算法对光束进行偏振控制,实现了光纤偏振态的实时检测和任意偏振光到水平线偏振的实时控制。另外,利用SPGD算法,实现了任意偏振光到水平线偏振的实时控制,控制带宽达到1kHz,最小光强波动<1.5%。提出了一种基于自适应偏振与相位控制的光纤激光阵列新型组束结构,该系统采用单探测器结构,结合MPD优化算法控制电路就能实现高功率光纤放大器阵列偏振与相位的同时控制,达到优质高效相干组束输出的目的。通过对普通单模光纤偏振控制技术的研究,探讨改进或替代现有的保偏光纤光路合成技术,揭示了MOPA非保偏光纤阵列相干合束具有向高能高亮度光束合成发展的巨大潜力。
陈星[9]（2012）在《MOPA方案的HF化学激光器理论和实验研究》文中进行了进一步梳理主振荡-功率放大（MOPA）技术是获得高输出功率、高光束质量激光输出的重要技术途径之一，是高能激光领域研究的一个重要方向。论文就单路MOPA方案的高能HF化学激光器中的放大级能量提取效率、放大级放大率和放大自发辐射（ASE）效应造成的系统杂光等问题进行了深入的研究，建立了一套较完整的理论模型，可为MOPA方案的HF化学激光器系统方案设计的优化和系统效率的提高提供参考。单路MOPA方案的HF化学激光器由主振荡级和放大级组成，当相干激光在放大级放大的同时，放大级的自发辐射也将得到放大，成为影响相干激光对放大级能量提取的一个重要因素。并且ASE也是激光器内杂光产生的主要因素。为分析放大级中ASE效应对能量提取效率的影响以及为杂光管理提供依据，本文建立了MOPA结构HF化学激光器相干激光能流和放大自发辐射能流耦合的物理模型。该模型使用综合小信号增益系数将放大级的相干激光能流方程和ASE能流方程耦合，通过迭代运算可得到放大级任一位置的相干激光能流和ASE能流的大小。该模型使用综合小信号增益系数将化学激光器多谱线问题转化为单谱线问题，模型简单，便于计算。为给建立的耦合物理模型提供入口计算参数，本文开展了入口参数测量方法的研究。对HF增益模块的综合小信号增益系数、综合上能级粒子数和饱和光强进行了测量。其中，综合小信号增益系数测量使用扫描放大法，该方法通过转镜扫描的方式测量了综合小信号增益系数沿流场方向的分布；综合上能级粒子数测量是通过测量传播到放大级外的正入射ASE光强来反推综合上能级粒子数分布；饱和光强测量是通过综合小信号增益测量结果来限制变耦合率法的计算结果，能避免变耦合率法因功率波动带来的误差，提高了测量结果的准确性。将综合小信号增益系数、综合上能级粒子数和饱和光强等计算入口参数代入放大级的耦合物理模型和主振荡级模型，对MOPA结构的HF化学激光系统展开了模拟计算。计算了其主振荡级在不同条件下的输出功率和输出光斑形状，给出了主振荡级输出光束在放大级中提取的能量、能量提取效率和放大率，分析了不同条件下放大级的放大自发辐射光强分布，对无相干激光输入时传播到放大级外的放大自发辐射进行了计算。通过对比计算结果与实验结果可知：计算所得结果与实验结果的误差小于15%，该耦合模型能有效的计算MOPA结构HF化学激光器的输出功率和ASE分布。在验证了耦合计算模型正确性的基础上，对高功率MOPA方案的HF化学激光器的输出功率、能量提取效率和ASE分布等情况进行了计算，研究了HF化学激光增益模块长度、增益介质长高比和增益介质饱和光强对主振荡级输出功率的影响；研究了增益模块长度、长高比、饱和光强以及输入光功率、输入光光斑形状对放大级能量提取效率和放大自发辐射峰值强度及空间分布特性的影响。研究结果表明，在高功率MOPA方案HF化学激光器工程设计过程中，为获得更大输出功率和抑制放大级ASE效应，可采用以下优化设计措施：增益模块与非稳腔凹面镜之间的距离应尽可能小；减小增益介质长高比可在保持MOPA结构HF化学激光器输出功率的同时减小放大级的放大自发辐射；当主振荡级输出激光平均功率密度远大于增益介质饱和光强时能显着抑制放大级内的放大自发辐射。
王友文,谭吉春,梁晶[10]（2005）在《用“镜像法”处理高功率激光系统中非共轴光路的鬼点问题》文中研究说明高功率激光系统中鬼光束对元件安全造成威胁,并导致主光束质量变坏,故鬼光束会聚点的位置和鬼光束会聚光斑光强的定量分析,对高功率激光系统安全运行非常重要。提出了用“镜像法”分析高功率激光系统中非共轴光路鬼点的方法。即将光路在各反射镜处“镜像”,由“镜像”得到等效光学系统,对等效系统进行鬼点分析后,再将鬼点“镜像”回原非共轴光学系统。结果表明,非共轴光学系统的鬼点情况,可由其“镜像”等效系统决定。
二、高功率激光系统共轴鬼光束光斑大小及光强的计算（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高功率激光系统共轴鬼光束光斑大小及光强的计算（论文提纲范文）
（1）基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 相关领域的国内外研究现状 |
| 1.2.1 激光光束质量评价 |
| 1.2.2 激光模式分解技术 |
| 1.2.3 相关滤波器的发展 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 第二章 光纤内激光模式分析 |
| 2.1 光纤内模式分析 |
| 2.1.1 无源光纤内模式分析 |
| 2.1.2 有源光纤内模式分析 |
| 2.2 光束衍射传输 |
| 2.2.1 衍射传输理论 |
| 2.2.2 柯林斯公式 |
| 2.3 像面抽样单元尺寸可变算法 |
| 2.3.1 两步菲涅耳传输 |
| 2.3.2 双步ABCD算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于相关滤波器的模式分解 |
| 3.1 基于相关滤波原理的模式分解技术 |
| 3.2 相关滤波器的实现方法 |
| 3.2.1 计算机全息片 |
| 3.2.2 液晶空间光调制器 |
| 3.3 误差分析及优化 |
| 3.3.1 离焦因素 |
| 3.3.2 焦移因素 |
| 3.3.3 焦移误差优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 模式分解的仿真分析 |
| 4.1 模式分解仿真结果 |
| 4.2 离焦仿真分析 |
| 4.2.1 数值积分 |
| 4.2.2 基于双步ABCD算法 |
| 4.3 焦移仿真分析 |
| 4.3.1 LP模焦移误差 |
| 4.3.2 HG模焦移误差 |
| 4.4 计算机全息图编码及波前重现 |
| 4.4.1 李威汉编码 |
| 4.4.2 罗曼III型编码 |
| 4.5 液晶位相调制器的仿真分析 |
| 4.5.1 相息图及波前重现 |
| 4.5.2 远场光强数据处理 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 模式分解实验研究 |
| 5.1 实验关键器件介绍 |
| 5.1.1 激光器和光纤性能参数 |
| 5.1.2 液晶位相调制器 |
| 5.1.3 CCD相机的性能参数 |
| 5.2 搭建实验 |
| 5.2.1 少模光纤光场 |
| 5.2.2 模式分解光场 |
| 5.2.3 空间载频分量实验分析 |
| 5.2.4 离焦实验分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）光纤激光相干合成主动相位控制算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光束合成国内外研究现状 |
| 1.2.1 相干合成技术 |
| 1.2.2 非相干合成技术 |
| 1.3 主动相位控制技术研究现状 |
| 1.3.1 外差法 |
| 1.3.2 抖动法 |
| 1.3.3 随机并行梯度下降(SPGD)算法 |
| 1.4 论文研究内容及结构 |
| 第2章 光纤激光相干合成基本理论 |
| 2.1 光纤激光相干合成理论模型 |
| 2.1.1 相干合成的基本结构 |
| 2.1.2 相干合成的数学模型 |
| 2.2 相干合成影响因素分析 |
| 2.2.1 填充因子 |
| 2.2.2 相位误差 |
| 2.2.3 强度误差 |
| 2.2.4 偏振误差 |
| 2.3 湍流大气对相干合成的影响 |
| 2.3.1 折射率起伏功率谱模型 |
| 2.3.2 随机介质光束传输理论 |
| 2.3.3 湍流大气中阵列光束的平均光强 |
| 2.3.4 湍流大气中阵列光束的光强闪烁 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 随机并行梯度下降算法相位控制技术 |
| 3.1 SPGD算法 |
| 3.1.1 算法的基本原理 |
| 3.1.2 SPGD算法的收敛性分析 |
| 3.2 SPGD算法相干合成静态仿真分析 |
| 3.2.1 可行性验证 |
| 3.2.2 算法的参数优化 |
| 3.3 SPGD算法相干合成动态仿真分析 |
| 3.3.1 相位噪声 |
| 3.3.2 系统控制带宽分析 |
| 3.4 SPGD算法对湍流大气校正效果研究 |
| 3.4.1 相位屏仿真方法 |
| 3.4.2 湍流大气对SPGD算法的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 改进的SPGD算法相位控制技术 |
| 4.1 自适应增益SPGD算法 |
| 4.1.1 算法的基本原理 |
| 4.1.2 算法的收敛性分析 |
| 4.1.3 自适应增益SPGD算法相干合成仿真分析 |
| 4.2 带有动量项的SPGD算法 |
| 4.2.1 算法的基本原理 |
| 4.2.2 算法的收敛性分析 |
| 4.2.3 带有动量项的SPGD算法相干合成仿真分析 |
| 4.3 AdmSPGD算法 |
| 4.3.1 算法的描述 |
| 4.3.2 AdmSPGD算法相干合成仿真分析 |
| 4.4 AdmSPGD算法对湍流大气校正效果研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 目标在回路相干合成技术 |
| 5.1 目标在回路相干合成系统的数学模型 |
| 5.1.1 光束传输模块 |
| 5.1.2 目标散射模块 |
| 5.1.3 回波接收模块 |
| 5.2 目标在回路相干合成仿真分析 |
| 5.2.1 有限目标 |
| 5.2.2 扩展目标 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 主动相位控制算法的实验研究 |
| 6.1 两路光纤激光相干合成实验研究 |
| 6.1.1 实验方案 |
| 6.1.2 硬件介绍 |
| 6.1.3 系统参数对合成效果的影响 |
| 6.1.4 无湍流环境下相干合成实验研究 |
| 6.1.5 湍流环境下相干合成实验研究 |
| 6.2 多路光纤激光相干合成实验研究 |
| 6.2.1 实验方案 |
| 6.2.2 三路光纤激光相干合成 |
| 6.2.3 四路光纤激光相干合成 |
| 6.2.4 相位控制单元对相干合成效果的影响 |
| 6.3 目标在回路相干合成系统实验研究 |
| 6.3.1 实验方案 |
| 6.3.2 多路光纤激光目标在回路相干合成 |
| 6.3.3 目标特性对系统闭环控制效果的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 主要完成的工作 |
| 7.2 论文创新工作 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 指导教师简介 |
| 作者简历 |
| 作者攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）多波长、亚纳秒Yb:YAG/Cr4+:YAG/YVO4被动调Q拉曼微片激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及应用前景 |
| 1.1.1 多波长激光在激光医学领域的应用 |
| 1.1.2 多波长激光在差频产生THz领域的应用 |
| 1.2 产生多波长激光的技术手段及研究进展 |
| 1.2.1 基于激光增益介质的不同激光发射谱线产生多波长激光的研究进展 |
| 1.2.2 利用受激拉曼散射技术产生多波长激光的研究进展 |
| 1.3 小型化固体拉曼激光器 |
| 1.3.1 常用的拉曼介质 |
| 1.3.2 激光增益介质 |
| 1.3.3 可饱和吸收体 |
| 1.4 被动调Q拉曼微片激光器概述 |
| 1.4.1 基于Nd~(3+)离子掺杂激光材料的被动调Q拉曼微片激光器研究进展 |
| 1.4.2 基于Yb~(3+)离子掺杂激光材料的小型被动调Q拉曼激光器研究进展 |
| 1.5 本论文的主要研究思路及研究内容 |
| 第2章 被动调Q拉曼微片激光器理论基础 |
| 2.1 受激拉曼散射的基本理论 |
| 2.2 被动调Q拉曼微片激光器热效应的研究 |
| 2.2.1 激光增益介质热效应的影响因素 |
| 2.2.2 LD端面泵浦微片激光器的热效应模型 |
| 2.2.3 拉曼晶体的热效应 |
| 2.3 LD端面泵浦被动调Q拉曼微片激光器速率方程 |
| 第3章 多波长连续拉曼微片激光器 |
| 3.1 多波长Yb:YAG/Nd:YVO4连续拉曼微片激光器 |
| 3.1.1 实验装置 |
| 3.1.2 实验结果与讨论 |
| 3.2 实现类光频梳输出的Yb:YAG/YV04连续涡旋拉曼微片激光器 |
| 3.2.1 涡旋光的概述 |
| 3.2.2 实验装置 |
| 3.2.3 实验结果与讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 多波长被动调Q拉曼微片激光器 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.2 实验结果与讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 高峰值功率、亚纳秒被动调Q拉曼微片激光器 |
| 5.1 多波长、亚纳秒1-1.1 μm被动调Q拉曼微片激光器及产生绿光的实验 |
| 5.1.1 实验装置 |
| 5.1.2 实验结果与讨论 |
| 5.2 高峰值功率、亚纳秒被动调Q拉曼微片激光器的优化 |
| 5.2.1 被动调Q拉曼微片激光器速率方程的研究 |
| 5.2.2 实验装置 |
| 5.2.3 实验结果与讨论 |
| 5.2.4 实验结果与其它课题组结果的比较 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 准连续LD泵浦被动调Q拉曼激光器 |
| 6.1 准连续LD泵浦的亚纳秒被动调Q拉曼微片激光器 |
| 6.1.1 实验装置 |
| 6.1.2 实验结果与讨论 |
| 6.2 基于Yb:YAG-Cr~(4+):YAG复合晶体的平凹腔被动调Q拉曼激光器 |
| 6.2.1 实验装置 |
| 6.2.2 实验结果与讨论 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间参与发表的论文 |
| 致谢 |
（4）大功率光纤激光光闸高效率耦合技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 2 大功率光闸耦合光学系统设计 |
| 2.1 激光与光纤耦合的基本理论 |
| 2.1.1 光纤基本结构 |
| 2.1.2 光纤分类 |
| 2.1.3 激光与光纤耦合过程的数学模型 |
| 2.2 激光光闸光学系统设计 |
| 2.2.1 分时复用光学系统设计 |
| 2.2.2 透镜对光束的变换 |
| 2.2.3 光纤端面抗损伤处理 |
| 2.2.4 包层光剥离技术 |
| 2.2.5 光学系统整体设计 |
| 2.3 本章总结 |
| 3 耦合误差对高斯光束耦合效率的影响 |
| 3.1 耦合误差对高斯光束耦合效率影响规律研究 |
| 3.1.1 径向误差 |
| 3.1.2 轴向误差 |
| 3.1.3 角度误差 |
| 3.2 耦合端面处的光束分布仿真 |
| 3.3 不同耦合误差对耦合效率影响的仿真分析 |
| 3.3.1 角度误差对耦合效率影响 |
| 3.3.2 径向误差对耦合效率影响 |
| 3.3.3 轴向误差对耦合效率影响 |
| 3.4 精密耦合调整机构设计 |
| 3.5 本章总结 |
| 4 光纤端面后向散射光波与耦合误差之间的规律研究 |
| 4.1 后向光波产生机理 |
| 4.2 随机粗糙散射表面模型 |
| 4.3 后向光波强度与耦合误差关系 |
| 4.4 耦合误差的控制方法 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 光闸实验装置的组建和实验 |
| 5.1 实验的设计 |
| 5.1.1 实验光路设计 |
| 5.1.2 实验装置及器件 |
| 5.2 实验过程及数据分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（5）高光束质量高峰值功率固体激光放大技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题的背景与意义 |
| 1.2 高峰值功率高光束质量固体激光放大技术发展概况 |
| 1.2.1 超短脉冲种子源及放大技术发展现状 |
| 1.2.2 基于固体增益介质的热管理及补偿技术发展情况 |
| 1.3 论文主要内容、研究成果及创新点 |
| 1.3.1 论文主要内容 |
| 1.3.2 研究成果 |
| 1.3.3 论文创新点 |
| 第二章 Nd:YAG和Nd:YVO_4晶体热效应及仿真 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Nd:YAG的热效应及补偿方法 |
| 2.2.1 Nd:YAG的折射率分布 |
| 2.2.2 Nd:YAG的热效应及补偿 |
| 2.3 Nd:YVO4的热效应仿真及实验探究 |
| 2.3.1 端面泵浦Nd:YVO_4的热分布仿真 |
| 2.3.2 基于仿真指导的端泵热效应实验探究 |
| 2.4 关于球差的计算与仿真 |
| 2.4.1 温度梯度分布导致的球差的计算 |
| 2.4.2 球差在自由空间的演化及仿真 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 腔内自再现模的光束质量演化原理及实验验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光束质量的评价方法 |
| 3.2.1 M~2因子的定义及测量方法 |
| 3.2.2 影响M~2因子的主要因素 |
| 3.3 腔内自再现模的光束质量演化的一般性原理 |
| 3.4 腔内自再现模的光束质量演化的仿真计算 |
| 3.4.1 无源共焦腔的仿真计算 |
| 3.4.2 内含畸变热透镜的对称平平稳定腔的仿真计算 |
| 3.4.3 内含畸变热透镜的非对称平平稳定腔的仿真计算 |
| 3.5 腔内自再现模的光束质量演化的实验验证 |
| 3.5.1 测量腔内光束传播的一般性方法 |
| 3.5.2 对称腔和非对称腔内光束传播特性的实验原理和实验装置 |
| 3.5.3 对称腔和非对称腔内光束传播特性的实验结果 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 球差补偿的多级放大验证及混合放大系统设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 泵浦特性相同的增益介质作为激光振荡器和放大器的激光系统 |
| 4.2.1 MOPA系统中光束质量管理一般性原理 |
| 4.2.2 振荡器和单级放大器系统的光束质量管理 |
| 4.2.3 振荡器和多级放大器系统的光束质量管理 |
| 4.3 混合放大系统的设计及光束质量管理 |
| 4.3.1 实验装置及种子源与放大级的选取 |
| 4.3.2 混合放大过程中的LID避免及功率优化 |
| 4.3.3 混合放大器的光束质量管理 |
| 4.3.4 混合放大器的脉宽展宽研究 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 基于高光束质量高峰值功率激光放大器的二倍频和四倍频研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 激光二倍频的相关实验研究 |
| 5.2.1 二次谐波产生的倍频效率的研究 |
| 5.2.2 二倍频光束质量的研究 |
| 5.3 四次谐波产生的相关实验研究 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在校期间取得的科研成果 |
（6）高能激光系统强光光学元件热损伤机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 强光元件热损伤研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容及结构安排 |
| 第二章 强光元件热损伤的实验研究 |
| 2.1 强光元件热损伤的首要因素 |
| 2.1.1 光热测量法 |
| 2.1.2 测量结果分析 |
| 2.2 强光元件热损伤的一般过程 |
| 2.2.1热损伤实验 |
| 2.2.2 热损伤过程分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 强光元件热损伤的通用模型 |
| 3.1 局部位置能量累积与膜层消融过程研究 |
| 3.1.1 建立物理模型 |
| 3.1.2 确定特征温度 |
| 3.1.3 仿真结果分析 |
| 3.2 热应力累积与炸裂过程研究 |
| 3.2.1 建立物理模型 |
| 3.2.2 仿真结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 激光腔内强光元件的热损伤 |
| 4.1 腔内强光元件热损伤的特殊性 |
| 4.2 反射率凹陷对腔内光强分布的影响 |
| 4.2.1 微尺度反射率凹陷对腔内光强分布的影响 |
| 4.2.2 大尺度反射率凹陷对腔内光强分布的影响 |
| 4.3 损伤区域面积对腔内强光元件热损伤的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 强光元件使用中的若干问题 |
| 5.1 强光元件的标准化清洁方法 |
| 5.2 洁净强光元件的使用寿命 |
| 5.3 连续激光辐照下强光元件热损伤的尺度律 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文主要工作及相关成果 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 下一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（7）窄线宽可调谐激光纵向泵浦碱金属铷蒸气激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 碱金属蒸气激光器的基本跃迁原理 |
| 1.3 碱金属蒸气激光器的发展概况 |
| 1.3.1 窄线宽可调谐激光泵浦碱金属蒸气激光器 |
| 1.3.2 窄线宽半导体激光器泵浦碱金属蒸气激光器 |
| 1.3.3 增益介质循环流动碱金属蒸气激光器-FDPAL |
| 1.3.4 碱金属-稀有气体准分子激光器-XPAL |
| 1.3.5 双光子吸收碱金属蒸气蓝光激光器 |
| 1.3.6 国内碱金属蒸气激光器的研究进展 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 碱金属蒸气激光器的理论研究 |
| 2.1 碱金属原子能级结构 |
| 2.2 碱金属蒸气激光器的速率方程 |
| 2.2.1 碱金属原子的上能级粒子数的快速弛豫 |
| 2.2.2 碱金属原子碰撞加宽 |
| 2.2.3 合理的泵浦方式 |
| 2.2.4 碱金属蒸气粒子数浓度与温度的关系 |
| 2.2.5 碱金属蒸气激光器的速率方程 |
| 2.3 泵浦光阈值功率与泵浦光束腰估算 |
| 2.4 碱金属铷蒸气激光器的计算结果与分析 |
| 2.4.1 耦合输出透镜反射率对Rb蒸气激光输出功率的影响 |
| 2.4.2 乙烷压强对Rb蒸气激光输出功率的影响 |
| 2.4.3 增益介质温度对Rb蒸气激光泵浦吸收效率和输出功率的影响 |
| 2.4.4 He的压强对Rb蒸气激光输出功率的影响 |
| 2.5 无烃碱金属铷蒸气激光器计算结果与分析 |
| 2.5.1 增益介质温度对Rb-He激光泵浦吸收效率和输出功率的影响 |
| 2.5.2 He压强对Rb-He激光输出功率的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 碱金属-稀有气体准分子激光器的理论研究 |
| 3.1 碱金属-稀有气体准分子激光器的基本理论 |
| 3.1.1 准分子及其吸收伴峰原理 |
| 3.1.2 XPAL的运转方式 |
| 3.1.3 光泵碱金属-稀有气体准分子激光器的速率方程 |
| 3.2 光泵铷-氩准分子激光器的特性研究 |
| 3.2.1 泵浦光源的线宽对Rb-Ar准分子激光器的泵浦吸收效率的影响 |
| 3.2.2 Ar压强对Rb-Ar准分子激光器输出性能的影响 |
| 3.2.3 增益介质长度对Rb-Ar准分子激光器输出性能的影响 |
| 3.2.4 增益介质的工作温度对Rb-Ar准分子激光器输出性能的影响 |
| 3.3 光泵铷-氪准分子激光器的特性研究 |
| 3.3.1 Kr压强对Rb-Kr准分子激光器输出性能的影响 |
| 3.3.2 增益介质长度对Rb-Kr准分子激光器输出性能的影响 |
| 3.3.3 增益介质的工作温度对Rb-Kr准分子激光器输出性能的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高功率窄线宽可调谐泵浦光源的实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 掺钛蓝宝石晶体的物理性质和光谱特性 |
| 4.2.1 掺钛蓝宝石晶体的结构与能级 |
| 4.2.2 掺钛蓝宝石晶体的光谱特性 |
| 4.3 高功率窄线宽可调谐纳秒掺钛蓝宝石激光器的实验研究 |
| 4.3.1 掺钛蓝宝石激光器的泵浦光源 |
| 4.3.2 掺钛蓝宝石激光器系统的实验装置 |
| 4.3.3 掺钛蓝宝石激光器系统的实验结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 纵向光泵碱金属铷蒸气激光系统的实验研究 |
| 5.1 可更换增益介质和反复充气的碱金属蒸气池的设计 |
| 5.2 碱金属蒸气激光器的循环充气系统 |
| 5.3 碱金属铷蒸气的泵浦光吸收实验 |
| 5.4 纵向光泵碱金属铷蒸气的实验 |
| 5.4.1 实验装置 |
| 5.4.2 实验结果 |
| 5.4.3 实验结果分析 |
| 5.4.4 实验改进 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 纵向光泵铷-氩准分子激光系统的实验研究 |
| 6.1 纵向光泵铷-氩准分子激光器的实验装置 |
| 6.2 纵向光泵铷-氩准分子激光器的实验结果 |
| 6.3 光泵铷-氩准分子激光器的实验结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）光纤激光主动相位与偏振自适应控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光源子系统技术 |
| 1.2.1 固体板条激光器(Solid state laser-slab laser) |
| 1.2.2 光纤激光器(Fiber laser) |
| 1.3 主动相位控制子系统技术研究现状 |
| 1.3.1 外差法(Heterodyne Technique) |
| 1.3.2 随机并行梯度下降算法(SPGD Technique) |
| 1.3.3 频域多抖动法(Multi frequency dithering Technique) |
| 1.3.4 时域单抖动法(Single frequency dithering Technique) |
| 1.4 相干合束子系统 |
| 1.4.1 孔径填充光束阵列合成(Tiled Array Beam Combination) |
| 1.4.2 偏振合成(Polarization Beam Combination) |
| 1.4.3 衍射光学元件合成(Diffractive Optical Elements Beam Combination) |
| 1.4.4 基于目标回路的闭环锁定(Phase Locking of General Object In the Loop-OIL) |
| 1.4.5 光束合成技术小结(Coherent beam combining) |
| 1.5 应用领域拓展 |
| 1.6 论文主要内容 |
| 第二章 光纤阵列主动相位控制方法分析 |
| 2.1 随机并行梯度下降算法(SPGD) |
| 2.1.1 理论模型 |
| 2.1.2 计算条件设置 |
| 2.1.3 模拟结果 |
| 2.2 多抖动法(Muti frequency dithering)和单抖动法(Single frequency dithering) |
| 2.2.1 多抖动法与单抖动法控制过程分析 |
| 2.2.2 物理特征研究 |
| 2.3 超大规模光纤阵列相干合成研究 |
| 2.3.1 理想相干和非相干时光束质量与阵列规模的关系 |
| 2.3.2 相位控制残差退相干与阵列规模的关系 |
| 2.3.3 面向超大规模光纤阵列相干合成的控制方法比较 |
| 2.3.4 超大规模光纤阵列作为初级光学相控阵列 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 随机并行梯度下降算法光纤阵列主动相位控制实验研究 |
| 3.1 五路光纤光束相位算法控制器设计 |
| 3.1.1 工作过程描述 |
| 3.1.2 硬件设计 |
| 3.2 光纤激光阵列主动相位控制实验研究 |
| 3.2.1 五路光纤激光主动相位控制实验 |
| 3.2.2 十路光纤激光主动相位控制实验 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于多相位扰动法(multilevel phase dithering method-MPD)的光纤阵列主动相位控制实验研究 |
| 4.1 多相位扰动算法(MPD)简介 |
| 4.1.1 多相位扰动法原理 |
| 4.1.2 多相位扰动法与电子频标法的比较 |
| 4.1.3 多相位扰动法的并行化处理 |
| 4.2 基于多相位扰动法(MPD)的十路光纤阵列主动相位控制实验研究 |
| 4.2.1 MPD十路光纤阵列主动相位控制系统 |
| 4.2.2 小相位调制噪声模拟 |
| 4.2.3 十路小相位噪声主动相位控制实验 |
| 4.2.4 大相位调制噪声模拟 |
| 4.2.5 十路大相位噪声主动相位控制实验 |
| 4.2.6 三十路光纤激光阵列相干合成实验设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于多相位扰动法的光纤板条放大器相干合成实验研究 |
| 5.1 板条放大相干合成的理论分析与数值模拟 |
| 5.1.1 两路矩形光束合成的建模 |
| 5.1.2 两路矩形子束合成的数值模拟 |
| 5.1.3 波前畸变造成的退相干 |
| 5.2 两路两百瓦板条放大器相干合成实验研究 |
| 5.2.1 单束百瓦级板条放大器设计 |
| 5.2.2 两路光纤-板条放大器相干合成系统设计 |
| 5.2.3 基于多相位扰动法的板条放大相干合成实验 |
| 5.3 多相位扰动法(MPD)在光束偏转与光学相控阵领域的应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 光纤主动偏振控制技术实验研究 |
| 6.1 快速搜索算法偏振控制技术 |
| 6.1.1 系统设计 |
| 6.1.2 实验系统装置 |
| 6.2 随机并行梯度下降算法(SPGD)偏振控制技术 |
| 6.2.1 可行性分析 |
| 6.2.2 SPGD算法偏振控制过程 |
| 6.2.3 实验系统装置 |
| 6.3 一种基于自适应偏振与相位控制的光纤激光阵列组束系统设计 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 主要研究工作与相关成果 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的主要学术成果 |
（9）MOPA方案的HF化学激光器理论和实验研究（论文提纲范文）
| 表目录 |
| 图目录 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 MOPA技术的发展和研究现状 |
| 1.2.1 MOPA技术简介 |
| 1.2.2 化学激光MOPA技术 |
| 1.2.3 固体激光MOPA技术 |
| 1.2.4 光纤激光MOPA技术 |
| 1.2.5 半导体激光MOPA技术 |
| 1.3 MOPA激光器的主要理论问题 |
| 1.3.1 放大自发辐射 |
| 1.3.2 能量提取效率 |
| 1.4 本文的研究内容和方法 |
| 第二章 MOPA方案化学激光器的耦合能流模型 |
| 2.1 放大级的耦合计算模型 |
| 2.1.1 宏观增益模型 |
| 2.2 稳定腔模式的q参数模型 |
| 2.2.1 稳定谐振腔计算理论基础 |
| 2.2.2 基于光腔本征方程的稳定腔功率提取理论 |
| 2.2.3 基于q参数差分传输的有源稳定谐振腔功率提取的计算方法 |
| 2.2.4 基于q参数的稳定腔功率提取算法的验证 |
| 2.3 共焦非稳腔输出模式的计算模型 |
| 2.3.1 非稳谐振腔计算的理论基础 |
| 2.3.2 有源负支共焦非稳腔输出模式的计算方法 |
| 2.3.3 基于几何光学的有源非稳谐振腔功率提取算法的验证 |
| 2.4 MOPA方案的燃烧驱动HF化学激光器的数值模拟 |
| 2.4.1 燃烧驱动HF化学激光器基本原理简介 |
| 2.4.2 三种MOPA结构HF激光器输出性能的对比分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 耦合物理模型的实验研究 |
| 3.1 电激励HF化学激光器装置及结构 |
| 3.2 电激励HF化学激光器综合小信号增益分布测量 |
| 3.2.1 增益系数的测量方法 |
| 3.2.2 小信号增益测量系统简介 |
| 3.2.3 综合小信号增益系数的测量结果 |
| 3.3 电激励HF化学激光器饱和光强测量方法 |
| 3.3.1 饱和光强的测量方法[98] |
| 3.3.2 饱和光强的测量结果 |
| 3.4 电激励HF化学激光器的综合上能级粒子数测量方法 |
| 3.4.1 上能级粒子数密度的测量原理 |
| 3.4.2 综合上能级粒子数的测量方法和结果 |
| 3.5 电激励HF化学激光器的光谱特性 |
| 3.5.1 光谱的测量方法 |
| 3.5.2 光谱的测量结果 |
| 3.6 MOPA方案电激励HF化学激光的实验研究 |
| 3.6.1 MOPA结构HF化学激光器功率放大率的实验研究 |
| 3.6.2 放大级的ASE效应实验测量 |
| 3.7 MOPA方案电激励HF化学激光器输出性能的理论计算与实验对比 |
| 3.7.1 主振荡级的输出性能 |
| 3.7.2 放大级的能量提取效率计算结果 |
| 3.7.3 放大级的放大自发辐射分布计算结果 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 高功率MOPA化学激光器的优化设计 |
| 4.1 主振荡级能量提取效率 |
| 4.1.1 增益介质长度对主振荡级输出性能的影响 |
| 4.1.2 增益介质长高比对主振荡级输出性能的影响 |
| 4.1.3 饱和光强大小对主振荡级输出性能的影响 |
| 4.2 放大级的能量提取效率和ASE效应 |
| 4.2.1 增益介质体积的影响 |
| 4.2.2 增益介质长高比的影响 |
| 4.2.3 输入光强的影响 |
| 4.2.4 饱和光强的影响 |
| 4.2.5 光斑形状的影响 |
| 4.3 高功率MOPA方案HF化学激光器的优化设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要研究内容及结论 |
| 5.2 主要创新点说明 |
| 5.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、高功率激光系统共轴鬼光束光斑大小及光强的计算（论文参考文献）
- [1]基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术[D]. 张玉莹. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [2]光纤激光相干合成主动相位控制算法研究[D]. 宋纪坤. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(01)
- [3]多波长、亚纳秒Yb:YAG/Cr4+:YAG/YVO4被动调Q拉曼微片激光器的研究[D]. 王小磊. 厦门大学, 2019(07)
- [4]大功率光纤激光光闸高效率耦合技术[D]. 任大良. 南京理工大学, 2019(06)
- [5]高光束质量高峰值功率固体激光放大技术研究[D]. 刘斌. 浙江大学, 2018(04)
- [6]高能激光系统强光光学元件热损伤机理研究[D]. 娄兆凯. 国防科技大学, 2017(02)
- [7]窄线宽可调谐激光纵向泵浦碱金属铷蒸气激光器研究[D]. 成洪玲. 哈尔滨工业大学, 2017(01)
- [8]光纤激光主动相位与偏振自适应控制技术研究[D]. 黄智蒙. 中国工程物理研究院, 2014(03)
- [9]MOPA方案的HF化学激光器理论和实验研究[D]. 陈星. 国防科学技术大学, 2012(10)
- [10]用“镜像法”处理高功率激光系统中非共轴光路的鬼点问题[J]. 王友文,谭吉春,梁晶. 激光杂志, 2005(05)