固体激光相干合束的数值模拟及激光位相探测方法研究

论文摘要

激光增益介质的热问题是固体激光向高功率发展的瓶颈,由于激光介质中沉积的废热,引起激光介质温度分布不均匀,导致固体激光的多种热效应,不仅限制了本身功率水平的提高,而且使其光束质量大大降低。激光光束合成实现高功率的方法可以有效解决该问题,其将废热分解在各子光路中,缓解了热效应,大大提高了输出功率。而相干合成是最有效的合成方法之一,与非相干合成相比较,合成的光强更高,合成的光束质量更好,在相干合成技术中,位相控制是最关键最核心的技术。本文通过理论分析、数值模拟和实验研究等方法,对多路激光的相干合成进行了研究,得到了多束光相干合成近场和远场的光强分布特性,分析了影响相干合成效果的主要因素,同时开展了固体激光位相探测实验研究,为多路MOPA激光实现相干合束提供了必要的参考。建立了相干光源干涉条纹调制度的计算模型,计算了光源线宽、偏振态等因素变化对条纹调制度的影响,分析了调制度的变化规律。采用多束高斯光束相干合束的理论分析模型,讨论影响相干合束的各因素,得到了不同光束排布方式下合成光束的远场光强分布特性、合成效率和环围功率比,以及同种光束排布方式下,不同光束数量时的合成效率和不同随机位相差下的环围功率比。建立了多束超高斯光束相干合束的数学模型,计算了25束超高斯光束方形方式排布下相干合成和非相干合成情况下的远场光强分布,并分析了多种条件下相干合成的光强分布特性和相干合成效率,最后得到了不同传输距离处的环围功率比。开展了固体激光相位探测方法研究,采用外差法探测出连续和准连续工作体制下激光的拍频信号,并通过研制合适的滤波电路滤除高次谐波,得到了清晰的拍频信号;研制了位相探测电路处理系统,成功检测出连续固体激光两路激光间的位相差信息,给出了位相差随时间的变化情况,得到了位相差变化的速率;开展了激光放大器位相探测实验研究,在振荡级输出的一路光路中引入放大器,得到放大器不同泵浦功率密度下位相差随时间的变化关系和位相差变化速率等基本规律,为进一步位相主动闭环控制研究建立了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光束合束技术的国内外现状
• 1.1.1 合束技术的概念
• 1.1.2 非相干合束技术的进展
• 1.1.3 相干合成技术的进展
• 1.2 选题的背景和意义
• 1.3 各章节主要内容
• 第二章 相干合成理论分析与数值模拟
• 2.1 相干合成条纹调制度的影响因素
• 2.1.1 干涉条纹调制度的定义
• 2.1.2 条纹调制度的影响因素
• 2.2 高斯光束的相干合束
• 2.2.1 理论分析
• 2.2.2 数值模拟
• 2.3 超高斯光束的相干合束
• 2.3.1 理论分析
• 2.3.2 数值模拟
• 2.4 小结
• 第三章 位相探测原理及实验研究
• 3.1 固体激光位相探测基本原理
• 3.2 位相探测系统及电路处理系统介绍
• 3.2.1 位相探测系统各部件的描述
• 3.2.2 电路处理系统的设计
• 3.3 位相探测实验研究
• 3.3.1 无放大器时激光的位相探测研究
• 3.3.2 激光放大器的位相探测实验研究
• 3.4 小结
• 第四章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录