激光相干合成中子光束一致性研究.pdf

1、在激光加工、激光定向能等應(yīng)用中，對激光束亮度（功率、光束質(zhì)量）提出了更高的需求。而單路激光器由于受熱效應(yīng)、非線性效應(yīng)、激光器件的破壞閾值等因素影響，輸出光束的亮度受到限制。為了進(jìn)一步提高激光束亮度，光束相干合成技術(shù)得到日益重視。激光束相干合成系統(tǒng)中，子束光束質(zhì)量、波前畸變等因素對合成效果的影響得到較為深入的研究。在相干合成研究的實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，參加合成的子光束，除了各子光束參數(shù)分別相對于理想光束（平面波或高斯光束）的偏差是導(dǎo)致合成效率降

2、低或光束質(zhì)量劣化的因素外，從另一個(gè)角度來看，子束間的不一致可能是導(dǎo)致合成效率降低或合成光束質(zhì)量受影響的另一因素。本文嘗試從這一個(gè)新的視角開展一些探索性的研究工作。
　　首先，論文分析了光束拼接相干合成和光束疊加相干合成等兩種光束相干合成的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)，討論了相干合成基本原理，認(rèn)為參與合成的光束（在近場或遠(yuǎn)場）發(fā)生相遇是實(shí)現(xiàn)相干合成的必要條件，相遇時(shí)，子光束間的“重疊程度”，或者說相遇時(shí)子光束的“一致性”，是影響相干合成效果的

3、本質(zhì)因素。以兩光束為例，相遇時(shí)，如果子束光束截面重疊、子束光強(qiáng)分布一致、合成區(qū)域的子束相位滿足一定條件，則能得到最好的合成效果和最高的合成效率。
　　然后，研究了光束拼接相干合成中的光束一致性問題。在光束拼接相干合成中，子光束在近場拼接和控制，傳輸?shù)竭h(yuǎn)場相遇和重疊，發(fā)生干涉相長和相消，子光束近場的光強(qiáng)、光軸、相位等參數(shù)會(huì)影響各子束遠(yuǎn)場光斑的重疊程度，導(dǎo)致子束遠(yuǎn)場光斑的位置、光強(qiáng)、相位等參數(shù)的不一致，從而改變了遠(yuǎn)場干涉相長相消區(qū)域和

4、程度，影響了光束拼接相干合成的光束質(zhì)量和合成效率。此外，在光束合成裝置的調(diào)試過程中，需要確保各子光束光軸、發(fā)散角等參數(shù)的一致性，如何準(zhǔn)確方便地檢測、判斷各子光束的光軸平行性和離焦誤差，是實(shí)際工作中的一個(gè)難點(diǎn)，對此，本文提出了采用剪切板進(jìn)行實(shí)際光路調(diào)試過程中的光軸、發(fā)散角等參數(shù)一致性檢測的方法，采用數(shù)值模擬進(jìn)行了研究，并在實(shí)驗(yàn)中得到應(yīng)用。開展了4路百瓦級(jí)板條固體激光相干合成實(shí)驗(yàn)研究，得到了光軸、活塞相位一致性控制系統(tǒng)開閉環(huán)情況下合成效果和

5、能量集中度的變化數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了光束拼接合成的相關(guān)技術(shù)。獲得合成峰值強(qiáng)度達(dá)到理想值的95％，平均幀光束質(zhì)量BQ為1.26，主瓣所含能量達(dá)到總能量的51％。
　　開展了光束疊加相干合成中光束一致性研究。在光束疊加相干合成中，子光束在合束鏡處（近場）“相遇”發(fā)生干涉疊加，一端干涉相消，另一端干涉相長輸出。通過理論研究和數(shù)值模擬，研究了僅考慮單一影響因素條件下，入射子光束在合束鏡處“相遇”時(shí)的參數(shù)一致性對合成效率的影響。得到了子光束的光強(qiáng)一