1 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
2 北京神秘谷科技有限公司，北京 100086
针对激光雷达探测中复杂目标姿态获取困难、目标与光斑真实耦合情况难获取等问题，提出了一种基于GPU编程的激光束照射复杂目标图像实时生成新方法。基于现代图形硬件的GPU编程技术和帧缓存对象特性，该算法以每个平面光源矩阵为观察者，在光源空间坐标系中渲染当前场景并将渲染结果记录到内存纹理中，然后在世界坐标中将光源观察到的结果复原和映射到模型上，可以实现实时映射渲染。采用深度缓存原理、纹理映射原理和OSG文件读写插件，即可正确获取模型每个三角面片顶点上的光源辐照度、顶点位置及面片法线等信息。经测试，该算法普适性强、能够读取多种格式三维文件，适应于均匀或非均匀面光源，对系统图形硬件的要求很低，能够满足两个面光源准实时性计算需求，可以准实时得到模型被照射面片所属部件、被照射三角面片顶点、法线信息以及三角面片顶点接收到的辐照强度值。该算法可为激光照明、识别探测等提供参考和依据。
帧缓存对象 深度缓存 面光源 复杂目标 实时映射计算 frame buffer object deep cache surface light source complex target real-time mapping 强激光与粒子束
2023, 35(10): 101004
光子学报
2022, 51(12): 1211003
1 中国工程物理研究院 高能激光重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
研究了相同马赫数、相近雷诺数、不同口径(400 mm和2 000 mm)共形转塔的气动光学效应,系统地给出了发射方向不同时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。发现多数场景下气动光学效应中平均流场效应占主要部分,平均流场效应的特征频率由绕流流场的特征频率决定。尺寸效应的研究表明, 缩比实验可以有效模拟实际飞行状态下气动光学效应的统计特性,但无法准确模拟其时间相关特性。开展了前向发射时发射方向的优化选择,指出发射方向在中轴线上天顶角约为40°时,气动光学效应导致的波前畸变统计值和涨落值最小,并且发射光束半径增加会导致平均流场效应快速增加,但湍流效应基本不变。
砖塔半径 平均流场效应 湍流效应 光束质量 倾斜 radius of turret mean flow effect turbulent effect beam quality tilt
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
4 复旦大学信息科学与工程学院, 上海 200082
设计了一种新型高功率直接液冷固体薄片激光器,由数十至数百片透射薄片密集堆叠构成分布式增益系统,使特种激光冷却液在增益介质间的平板微流道内流动以实现薄片直接冷却,有效解决了传统高功率固体激光器中增益介质焊接于热沉引入的热致应力、焊接面变形等问题。对该激光器的腔内损耗、腔内像差等参数进行了优化设计。分析了影响光-光转换效率的关键因素,根据像差特点给出了光束质量控制方法。将20片薄片以特别角度密集堆叠构成增益模块,利用两个增益模块在稳腔和非稳腔中均实现了功率大于9 kW的准连续波(QCW)偏振激光输出,且这一实验室光源的体积小于0.4 m
3。
激光器 高功率激光 固体激光 薄片激光器 直接液冷 中国激光
2018, 45(12): 1201004
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
以Nd∶YAG平面波导为激光放大器增益介质, 研究了1064 nm激光在放大过程中光光效率的影响因素; 采用基于棒状Nd∶YAG的1064 nm自由运转振荡器为种子源, 放大器抽运源为808 nm半导体激光器阵列, 抽运光脉宽与种子光脉宽相同且同步输出; Nd∶YAG平面波导的尺寸为60 mm×10 mm×1 mm, 芯层厚度为100 μm。对比研究了种子光能量、抽运能量和抽运方向对激光放大效率的影响。结果表明, 当注入种子光能量为10 mJ时, 实现了100 Hz脉冲重复频率下最大能量为713 mJ的准连续激光输出, 此时的抽运能量为1478 mJ, 对应的光光效率为47.6%。
激光器 激光放大器 平面波导 放大效率 端面抽运 中国激光
2017, 44(12): 1201005
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Applied Electronics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China
2 Key Laboratory Science and Technology on High Energy Laser, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China
3 Gradute School, China Academy of Engineering Physics, Beijing 100088, China
4 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
5 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100094, China
We present a diode-pumped high-energy ceramic Nd:YAG planar waveguide that is demonstrated as a record in output energy for the ceramic planar waveguide fabricated by nonaqueous tape casting and solid-state reactive sintering. Under a repetition rate of 100 Hz and a pulse width of 250 μs, a maximum output pulse energy of 327 mJ is obtained with a beam quality factor of =2.6×7.0. The corresponding peak power is 1308 W. The extraction efficiency of the system is about 56%.
140.3480 Lasers, diode-pumped 230.7390 Waveguides, planar 140.3580 Lasers, solid-state 140.3530 Lasers, neodymium Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 051404
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中物院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
4 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
在具有腔内像差的虚共焦非稳腔内，因为振荡光束以不同光束尺寸通过腔内像差元件且像差元件对光束偏折，直接反向补偿和基于几何光学计算补偿后难以获得较好的补偿效果。提出了一种以导入腔内的准直光束作为参考，基于松弛迭代逼近补偿策略的腔内非共轭补偿方法，并计算验证了其可行性。从实验上对比了以单程和以往返测量光为参考的腔内补偿效果，发现以单程测量为参考的补偿不能使耦合输出光束质量明显提升。在往返补偿中，对4~6阶均方根误差为0.3~0.4 μm 的随机像差7~9次迭代可以实现收敛，补偿后往返探测光残差小于0.1 μm，同时导引光在腔内多次振荡后从输出镜耦合输出的环形光束的β值由11.2降低至2.6。通过分析对比往返探测光束与腔内振荡激光的区别和关系，判断这种补偿方式可以对具有一定腔内像差的有源腔的振荡激光光束质量有效提升。
激光光学 像差补偿 变形镜 非稳腔 中国激光
2015, 42(11): 1102005
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室， 四川 绵阳 621999
2 北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100088
3 中国工程物理研究院 研究生部， 北京 100088
4 中国工程物理研究院 应用电子学研究所， 四川 绵阳 621999
大口径谐振腔式固体激光定标到足够高功率后，由于非稳定腔内激光不对称振荡导致介质上激光强度横向不均匀，激光提取与介质产热耦合会引起激光输出功率和光束质量在时域上的不稳定性。针对三种激光器构型: Nd: YAG 薄片、Yb: YAG薄片和浸入式液冷叠片激光器，通过理论分析与数值模拟揭示了其各自不同的光热耦合机制及其影响因素，给出了激光输出的瞬态演化规律。结果表明，前两种构型中基于激光动力学的光热耦合具有饱和效应，其动力学不稳定性只出现在特定参数区间，可以通过恰当的设计加以避免; 第三种构型中动力学不稳定性表现出明显的阈值特征，在强光状态下只能通过减少冷却液吸收系数来抑制。
谐振腔 固体激光 光热耦合 动力学不稳定 resonator solid-state laser optic-thermal coupling dynamics instability 强激光与粒子束
2014, 26(7): 071008
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
4 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
基于直接液冷的固体激光技术发展需要，理论研究了管道流冷却流场的湍流特征诱导出激光波前相位畸变的物理机理。利用管道湍流的统计特性，提出了一套管道湍流激光相屏的构造方法。在不可压缩流假设下研究了两种湍流热效应(输运传热和耗散产热)引起的温度脉动对光束波前的影响。结果表明，此状态下光束质量的退化主要来自于输运传热，而非耗散产热。进一步讨论了轻微密度扰动导致的波前畸变量大小。
激光技术 管道流 湍流相屏 相位畸变 中国激光
2013, 40(10): 1002008
北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100088
建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型，采用流固耦合方法，数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化，研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明，光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定，气体在管道内流动改变温度分布，使得相差分布不断变化，造成远场光束质量的振荡起伏; 光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响，尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化: 当介质模型中光束质量变差，热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差; 当介质模型中光束质量变好，耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好，即光束质量随着流场分布的变化而振荡。
热晕 热耦合效应 光束质量 相差 thermal blooming thermal coupling effects beam quality phase difference
