1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 航天科工微电子系统研究院有限公司, 四川 成都 610213
在自适应板条固体激光器光束净化研究中,基于最小二乘法的传统自适应光学系统以斜率残差平方和最小为校正目标。当激光器光束的波前畸变无法被变形镜完全补偿且补偿后仍然有大量的波前残差时,斜率残差平方和最小不能等效于光束质量最优值,因此该方法只能获得系统的次优解。针对此问题,提出一种新颖的自适应光学校正方法。该方法以提高光束质量为目标,根据波前畸变以及变形镜的校正能力,使用优化算法对波前传感器的标定位置进行优化,再使用传统自适应光学系统进行像差补偿。仿真结果表明,相较于未进行标定优化的传统自适应光学系统,使用该方法可以在变形镜校正能力有限的情况下有效提升自适应光学系统的校正效果。
自适应光学 像差补偿 板条固体激光器 标定优化 中国激光
2021, 48(23): 2305001
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种环形非稳腔结构,该结构将传统驻波非稳腔腔内的非共轭像差校正转换为共轭像差校正。搭建了百瓦级环形非稳腔Nd∶YAG板条激光器,采用59单元自适应光学系统对腔内像差进行校正。利用980 nm参考光束和 Shack-Hartmann波前传感器测量腔内像差,采用加权最小二乘法复原波前像差,最后用倾斜镜和变形镜进行校正。最终在低抽运功率下将输出功率从105.8 W提高到113.1 W,光束质量β因子从6.98优化到2.33。该研究为环形非稳腔应用于高功率固体激光器并获取高输出光束质量提供了一种技术途径。
激光光学 环形非稳腔 Nd∶YAG; 板条激光器 自适应光学
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
建立了基于目标粗糙特性的主动照明信标数值计算模型,分析了目标粗糙特性对散射回波光强均匀性和波前均方根的影响,对比了不同目标粗糙程度下主动照明信标探测波前和点光源信标探测结果的差异,以及自适应光学系统校正效果。研究结果表明:随着目标表面粗糙程度减弱,散射回波的波前均方根变大,主动照明信标和点光源信标探测波前结果差异增大,自适应光学系统校正效果下降。此外,增多照明光路数可以抑制弱粗糙表面时上行链路湍流对主动照明信标波前探测的影响。
自适应光学 波前探测 主动照明信标 粗糙表面
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
为了实现对Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制, 提出了一种基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法。通过求解不同齐次Neumann边界条件下的拉普拉斯本征方程, 获得不同光瞳区域下自身和一阶偏导数均正交的拉普拉斯本征函数。利用不同光瞳区域下的拉普拉斯本征函数, 实现了对不同光瞳区域下Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统的解耦控制。此外, 拉普拉斯本征函数的一阶偏导数具备正交性, 这使得在构建Tweeter耦合抑制矩阵时无需对Tweeter驱动器响应函数面形进行逐个测量, 极大简化了Tweeter耦合抑制矩阵的构造过程。采用Woofer-Tweeter双变形镜自适应光学系统对该算法的有效性进行了实验验证, 结果表明：基于拉普拉斯本征函数的解耦控制算法能够实现对Woofer和Tweeter同步控制, 并能有效地抑制Woofer和Tweeter之间的耦合误差。
自适应光学 双变形镜 解耦控制 拉普拉斯本征函数
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
高功率固体板条激光器的光束质量严重受限于增益介质热效应等多种因素。如何同时获得高平均功率和高光束质量是激光发展过程中面临的一个基本物理问题。自适应光学技术能够有效补偿固体板条激光系统输出光束的静态和动态像差，是改善光束质量的有效手段。近年来中国科学院光电技术研究所掌握了低阶像差补偿器、加权优化波前复原方法、通用波前处理机等关键技术，为国内多个固体板条激光系统研制了二十余套自适应光学光束净化系统，显著改善了光束质量，保障了上述激光系统的有效运用。
自适应光学 固体板条激光器 光束质量 adaptive optics solid-state slab laser beam quality
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
A zonal decoupling algorithm used to control a dual deformable mirror (DM) is proposed. One of the two DMs is characterized with a large stroke (woofer), while the other one is characterized by a high spatial frequency (tweeter). A numerical model is used to compare the zonal decoupling algorithm with some traditional zonal decoupling algorithms. The simulation results indicate that the algorithm presented in this Letter improves the performance in suppressing the coupling error. An experimental system is built to prove the effectiveness of this algorithm. The experiments demonstrate that the phase aberrations could be effectively compensated and that the coupling error could also be suppressed.
010.1080 Active or adoptive optics 220.1080 Active or adoptive optics 000.3860 Mathematical methods in physics Chinese Optics Letters
2016, 14(2): 020101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Institute of North Optics and Electronic, Beijing 100015, China
We present a hybrid adaptive optics system for a kW-class solid-state slab master oscillator power amplifier laser that consists of both a low-order aberration corrector and a 59-actuator deformable mirror. In this system large defocus and astigmatism of the beam are first corrected by the low-order aberration corrector and then the remaining components are compensated by the deformable mirror. With this sequential procedure it is practical to correct the phase distortions of the beam (peak to valley up to 100 μm) and the beam quality β is successfully improved to 1.9 at full power.
010.1080 Active or adoptive optics 140.5680 Rare earth and transition metal solid-state lasers 090.1000 Aberration compensation Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 091402
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院自适应光学国家重点实验室，成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
提出一种用于低信噪比光腔衰荡时间准确提取的信号平滑方法，该方法基于数字图像处理领域的空间滤波平滑技术。首先推导了这种平滑方法的平滑过程和平滑效率，并与其他平滑算法进行了对比。推导结果表明基于均值滤波算子的空间滤波平滑方法具有最高的平滑效率。其次，分析了信号平滑方法的实用效果，结果发现该平滑方法与加权线性最小二乘算法相结合能够实现高精度、快速同时准确度较好的光腔衰荡时间提取。最后结合实验数据检验了平滑方法的处理效果，取得了列文伯格-马夸尔特算法相一致的衰荡时间提取结果。
光腔衰荡技术 衰荡时间提取 信号平滑 cavity ring-down decay time extraction signal smoothing
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 611731
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现闭环控制自适应光学(AO)系统中的变形镜对倾斜及平移像差的约束,分析了基于限定向量算法对系统动态特性及校正残差的影响，数值仿真结果表明，限定向量算法无法实现约束量的完全抑制，并且严重影响系统的校正效果。提出了基于投影抑制的算法，通过分离像差及在控制电压上实现对变形镜的抑制，采用2种算法利用单变形镜对含有倾斜的像差进行校正的仿真结果表明，采用限定向量算法，变形镜产生了使远场偏移9.3 pixel的整体倾斜时，基于向量投影抑制算法只产生小于0.02 pixel的偏移，并且对前36阶各单阶泽尼克模式的像差校正后具有更高的斯特列尔比。结果表明，基于投影抑制的算法具有更好的约束能力、更低的条件数及具有更优的校正效果。
自适应光学 变形镜解耦 投影抑制 光学学报
2015, 35(12): 1201002
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学国家重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
板条激光器的输出光束是具有大长宽比的矩形光束，其光束发散角在水平方向与竖直方向有较大差异。板条激光器输出光束含有的大量波前像差，极大地影响了其输出光束的光束质量。设计了一套针对板条激光器输出的1064 nm的矩形像散光束的整形与像差补偿系统，该系统由3个球面柱面透镜与1个球面透镜组成，其中不同方向光焦度的柱面镜组合可以实现矩形光束在2个维度的整形扩束。从仿真中可以得到，通过改变光束整形与补偿系统内部的透镜间距，可以将入射的大小为15 mm×1.5 mm的矩形像散光束整形成为大小可在15 mm×15 mm~19 mm×19 mm之间变化的方形准直光束，且整形后的光束具有较高的光束质量。
光学设计 像差补偿 光束整形 板条激光 光学学报
2015, 35(s2): s222003
