金属丝电爆炸是获取金属纳米级粉粒的有效途径, 电爆炸的演绎过程直接影响金属粉颗粒的尺度范围。采用纳秒级脉冲激光对爆炸过程的瞬态进行观察, 以激光干涉条纹为背景, 依据电爆炸过程中, 对条纹的扰动获取具有清晰边缘的爆炸区图像; 再根据激光穿过爆炸云团的透过率计算出不同时刻粉尘体浓度的三维分布图。测量结果表明: 通电后0.5 μs, 金属丝直径由03 mm扩展为4.7 mm,直到18 μs时扩展为28 mm, 而粒子的最大浓度由3×1021/cm3 减小为1.1×1020/cm3。整个扩展过程中, 粒子浓度沿径向呈现多个环带的分布形态。

激光晶体由于吸收了一部分泵浦光能量，产生的热量引起晶体内温度不均匀分布，使晶体内的折射率产生不均匀分布，对振荡光产生相应的相位调制，引起振荡光光场再分布，进而导致振荡光模式发生变化。谐振腔具有滤波作用，谐振腔会过滤掉振荡光中与谐振腔不匹配的模式，引起损耗，用MATLAB模拟晶体内温度场分布，通过计算谐振腔内基模的热致损耗及低阶模转换到高阶模的比例，并研究谐振腔中各阶模式的转换问题，为抑制高阶模并减小损耗提供理论依据。

提出一种半主动寻的激光制导干涉编码方法, 在传统时序编码基础上加入多子光束相干发射系统产生的空间干涉图样, 形成时空域相融合的编码信号。设计一种多子光束相干发射系统, 依据子光束良好的空间相干性进行空间构图, 形成编码可控的空间干涉图样。计算结果表明: 当参数K值(子光束对角线之比)在2.5~3.5之间时, 干涉图样明暗相间程度最为明显, 干涉图样最为纯净; 当子光束相干发射系统中分束镜的位置偏移小于0.1 ?姿(?姿为激光波长), 角度偏离小于0.1 ?兹0(?兹0为光束发散角)时, 发射系统机械振动对制导系统的影响可忽略不计。

由于采用传统编码方式的半主动寻的激光制导技术已经无法满足现代战争的需要,提出一种基于多子光束干涉的时空融合制导系统。将空间"水印密钥"编码信息与传统时序编码信息相结合, 生成一种新型时空融合编码信号。所用激光器被等功率的分为N个子光束, 从而根据子光束间良好的空间相干性生成具有一定规则的空域图样。计算结果表明, 空间干涉图样具有独特的明暗相间特性; 当发射系统的位置抖动精度小于0.1λ(λ为激光波长), 角度抖动精度小于0.1θ0(θ0为光束发散角)时, 发射系统的机械振动对制导系统的影响可忽略不计。该方法大幅度提升了半主动寻的制导系统的识别能力以及打击距离。

提出一种基于多子光束干涉的时空域水印融合制导系统, 将空域“水印密钥”干涉编码与传统时域编码相结合, 形成时空域相融合的水印编码信号; 设计一种多子光束相干发射系统, 将来自于同一激光器的激光光束等功率的分为N个子光束, 子光束在空域内形成编码可控的水印干涉图样.结果表明, 干涉图样具有特定的明暗相间识别特性,时空域融合编码信号具有作用距离远, 抗干扰性强的突出优势.在多子光束相干发射系统中, 当分束镜的位置偏移小于0.1 λ(λ为激光波长), 角度偏离小于0.1θ0(θ0为光束发散角)时, 发射系统机械振动对水印制导系统的影响可忽略不计.

在激光系统中, 镜面平整度很大程度上影响了输出激光的光束质量。为了定量地评价镜面瑕疵对激光光束质量的影响程度, 提出描述镜面瑕疵与空间光束相关程度的参数τ和镜面瑕疵对远端光场的影响参数δ。经仿真计算, 研究了不同镜面瑕疵对激光光束质量的影响程度, 得出影响参数δ和相关度τ的变化规律, 即影响参数δ和相关度τ的内在线性关系。对于任意TEM00模、TEM01模和TEM02模, 此线性关系近似一致, 具有普遍性。例如当瑕疵透过率为0时, 对于3种模式的光场, δ随τ变化的线性曲线的斜率都近似等于1.8。

在大功率端面抽运固体激光器中, 传统Nd∶YAG晶体吸收谱线较窄, 极易受到抽运源因温度发生波长漂移的影响, 导致激光器输出功率出现起伏变化。为了降低激光器对抽运源温度波长漂移的敏感程度, 将具有优良热物性参数的Nd∶YAG晶体和具有宽吸收谱特性的Nd∶YVO4晶体相结合, 通过前后组合放置的方式, 由前端Nd∶YAG晶体吸收大部分抽运光能量, 用后端Nd∶YVO4晶体对未被吸收的抽运光能量进行补充吸收。当抽运源出现波长漂移时, 两种晶体通过互补吸收的方式, 使激光器吸收效率和输出功率保持稳定, 从而降低抽运源温度波长漂移对激光器产生的影响。实验表明, 在抽运功率97.5 W时, 这种双晶体组合方案可在抽运源工作温度为22~32 ℃内, 实现对抽运光大于90%的吸收效率, 同时激光器输出功率不稳定度小于8%, 有效改善了激光器对抽运源温度波长漂移的敏感程度。

在固体激光器中, 热效应会同时影响抽运光和振荡光的空间分布。研究表明, 对于端面抽运固体激光器而言, 通常存在一个特定的抽运功率区间, 使抽运光与基模振荡光在热效应的作用下, 在增益介质内部高度重合, 激光器的抽运光效率和光束质量得到大幅度提升。利用这一特点, 设计了一种激光器, 在抽运功率为105~115 W时, 实现了抽运光与基模振荡光空间分布的高度重合, 激光器光束质量因子小于2.3。在此区间外, 激光器光束质量因子迅速增加到3以上。提出了一种计算上述抽运功率区间的优化算法, 在端面抽运固体激光器中, 可以快速寻找到理想的抽运功率区间, 并与上述实验进行对比, 结果表明使用该方法寻找到的抽运功率区间与实验所得到的区间高度吻合, 相对误差低于5%, 可靠性高。

在端面抽运固体激光器中, 就如何改善在高抽运功率时输出激光的光束质量, 提出一种激光器的设计方法。在激光器谐振腔中放入多根掺杂浓度不同的激光介质, 利用激光介质内部产生的热透镜控制抽运光和基模振荡光的空间分布, 并且最大限度地使抽运光的分布区和基模振荡光分布区重叠, 实现抽运光与基模振荡光在空间上高度匹配, 进而提高抽运光能量的利用效率和振荡光的光束质量。实验表明, 在不同抽运功率下, 抽运光和基模振荡光在晶体内部的光斑的空间分布可通过热透镜加以控制。在端面抽运功率200 W附近时, 实现了抽运光与基模振荡光较高程度匹配, 光束质量因子M2由14.7改善为4.1。

采用Nd∶YAG与Nd∶YVO4晶体组合应用的方案,将具有优良导热和光电性能的Nd∶YAG晶体作为抽运光的前端吸收晶体，其后端放置具有较宽吸收谱的Nd∶YVO4晶体，用来吸收由于谱宽不匹配而没有被Nd∶YAG晶体吸收的抽运光能量成分。两种晶体在波长1064 nm处的发射谱相互重叠，其吸收的抽运光能量可以转化成共同波长的振荡激光，提高了抽运光的利用效率。这种组合应用的方式还可以有效抑制振荡光功率随抽运源工作温度变化而产生的波动。实验证明，采用这种激光晶体的组合应用方案，相对于单一Nd∶YAG晶体方案，激光器的光光转换效率可提升22.9%，输出功率对温度的敏感度由7%降到1%以内。