张琪 1,2胡启立 3王红燕 1,2胡鸣 1,2[ ... ]胡立发 1,2,*
作者单位
摘要
1 江南大学理学院,江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心,江苏 无锡 214122
3 光电对抗测试评估技术重点实验室,河南 洛阳 471003
热晕效应是影响高功率激光光束质量的重要因素之一,对这一效应进行合理的仿真,有利于高能激光的应用。针对目前模拟高能激光热晕效应的微扰法、积分法和相位屏法适用条件不清晰的问题,对三种数值模拟方法进行了系统的对比,并结合实验数据确定了每种方法最为合适的适用范围:广义畸变参数N<3时,选用积分法;3<N<4.8时,选用微扰法;N>4.8时,选用相位屏法。此外,利用可编程的液晶空间光调制器实现了热晕相位畸变的实验室模拟,得到的实验室模拟结果与数值仿真结果高度吻合。合理的数值模拟及实验室模拟对于强激光的实际应用具有重要的参考价值。
激光光学 热晕效应 高能激光 微扰法 积分法 相位屏法 
中国激光
2024, 51(8): 0805003
作者单位
摘要
1 长春理工大学 物理学院 吉林省固体激光技术与应用重点实验室,长春 130022
2 四川师范大学 物理与电子工程学院,成都 610068
采用多层相屏法和快速傅里叶变换法数值求解热晕方程,研究了复合贝塞尔高斯(cBG)光束大气传输过程中受热晕效应的影响。研究发现:由于热晕效应造成的光强和相位畸变,cBG光束会发生相位奇点移动和轨道角动量谱展宽,并产生模式串扰。当风速较小时,大气介质吸收激光产生的热效应较强,导致光束的模式串扰也较强。对于初始角量子数差值较大的cBG光束,其相对串扰能量较小,受热晕效应影响导致的模式串扰较弱。此外,还研究了旋转cBG光束的热晕效应,该光束的旋转特性使其在传输过程中四周都能得到均匀的扩展。因此,相较于非旋转cBG光束,旋转cBG光束的光强分布比更均匀,模式串扰更小。并且,随着旋转cBG光束的径向波数差值的增大,模式串扰减弱。综上,增大初始角量子数差值以及径向波数差值可以有效降低cBG光束的模式串扰。
复合贝塞尔高斯光束 热晕效应 大气传输 模式串扰 Composite Bessel-Gaussian beams Thermal blooming Atmospheric propagation Mode crosstalk 
光子学报
2024, 53(2): 0201001
作者单位
摘要
四川师范大学 物理与电子工程学院,成都 610068
介绍了大气湍流效应和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展。主要介绍了合成激光在大气中传输的解析和数值模拟研究方法,大气湍流效应对列阵合成光束的光强分布、远场发散角、方向性、曲率半径和湍流距离的影响,以及大气热晕效应对列阵合成光束的光强分布、传输效率、重心偏移、热晕时间尺度和焦移的影响。研究结果表明,大气湍流效应和热晕效应对合成激光光束质量的影响与光束合成方式、合成光束参数以及大气参数密切相关。
列阵合成光束 大气传输 湍流效应 热晕效应 光束质量 laser array beam atmospheric propagation atmospheric turbulence thermal blooming effect beam quality 
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041007
作者单位
摘要
重庆光电技术研究所, 重庆 400060
本文设计制作了一款阵列规模为 1024×1024元、像元尺寸为 10 .m×10 .m的昼夜兼容成像 EMCCD(electron multiplying charge coupled device), 该器件包含国内首次制作的浮置栅放大器, 该放大器电荷转换因子(Charge to voltage factor, CVF)为 3.57 .V/e-, 满阱 55ke-, 能够非破坏性判断信号强度。该功能使得场景中微光照区域的像素可以选择性地路由至倍增通道输出, 而强光照区域的像素会路由至非倍增通道输出, 有了这种场景内可切换增益特性, 两种输出的信号重新组合, 实现高动态成像。同时为了实现器件在强光应用场合的抗光晕功能, 器件像元区域采用了纵向抗晕设计, 抗晕倍数为 200倍, 基于此类器件制作的相机能够恰当地在暗视场中呈现明亮的图像。
场景内可切换增益 浮置栅放大器 抗光晕 电子倍增 图像传感器 intra-scene switchable gain mode floating gate amplifier anti-blooming electron multiplication imaging sensor 
红外技术
2023, 45(3): 315
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065

为快速预测和评估高能激光大气传输时湍流和热晕对光束扩展的影响,开展了激光大气传输光束扩展的定标规律研究。通过计算模拟光束扩展随大气特征参量和激光参数的变化规律,建立了含湍流和热晕综合效应的激光大气传输光束扩展的定标关系。由此定标关系可知,当激光的初始光束质量较差时,由衍射和湍流引起的光束扩展随发射系统口径与大气相干长度之比的增大而更快地增强。随着发射系统菲涅耳数的增大,光束扩展受热晕的影响也随之增强。所建立的定标关系适用于不同强度的湍流和热晕效应情况下对不同功率的激光光束扩展规律的快速预测和评估,可为激光系统的设计及优化提供参考。

大气光学 高能激光 定标关系 大气湍流效应 热晕效应 
光学学报
2022, 42(24): 2401008
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 绵阳 621999
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
为了验证近红外激光在水面大气传输时的热晕效应, 采用缩比实验方法, 克服了大口径和高功率系统复杂、实验成本高等实际问题, 以理论分析为基础设计了高效的实验方案, 对1000nm左右的激光水面大气传输热晕效应进行了实验研究, 取得了重要的外场实验数据。结果表明, 在选择合适的功率和发射口径情况下, 1000nm左右的高能激光水面传输热晕效应可忽略。这一结果对大口径和高功率激光系统设计是有帮助的。
激光技术 激光传输 水面 热晕 缩比试验 高能激光 laser technique laser propagation water surface thermal blooming scaled experiments high energy laser 
激光技术
2022, 46(4): 516
作者单位
摘要
四川师范大学物理与电子工程学院,四川 成都 610068
实际高能激光器(如半导体激光器、光谱合束系统)出射的激光存在椭圆分布的现象。高能激光在大气中传输时会遭遇非线性热晕效应,大气热晕效应对椭圆高斯光束传输特性的影响还未见报道。用解析和数值模拟方法研究了风控热晕下椭圆激光光束质量的优化问题,推导出了热畸变扭曲参数的解析公式,并证明了其正确性。研究表明:由于椭圆光束像散特性,大气热晕效应对其传输特性的影响与风向密切相关。当源平面处迎风方向的束宽越大(光斑面积相等)时,聚焦椭圆高斯光束受热晕效应的影响越弱,靶面光斑对称性越好,能量集中度越高,即靶面光束质量越好。因此,在实际工作中,聚焦椭圆高斯光束的短轴沿着大气的总体风向更有利于减弱热晕效应。并且,聚焦椭圆高斯光束达到稳态热晕的时间与源平面处沿风方向的束宽成正比。研究结论对高能激光大气传输的应用具有理论指导意义。
大气光学 大气传输 热晕效应 椭圆高斯光束 光束质量 
中国激光
2022, 49(4): 0405001
刘万生 1,2袁志军 1王汉斌 1,3咸昱桥 1,2[ ... ]周军 1,**
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 哈尔滨工业大学物理学院, 黑龙江 哈尔滨 150006
研究了高功率激光在封闭通道传输时,空气吸收激光能量引发的浮力对流对热晕效应的影响。建立了浮力对流下热晕效应的物理模型,采用数值计算方法分析了热传导和对流传热这两种影响光束质量的因素,发现浮力对流对封闭通道内热晕效应有削弱作用,并且会造成光束质心漂移。研究了不同排布方式下阵列光束的远场光斑形状、光束质量和光斑质心漂移。结果表明,阵列光束间相互作用下的浮力对流更强,对热晕效应的削弱作用更强,不同排布方式下不同位置处光束的情况不同,通过选择合适的排布方式可以找到优化的光束质量和质心漂移。验证了利用轴向风可以抑制热晕效应的方法,结果表明浮力对流的存在会促进热晕效应的减弱,当轴向风逐渐增大时,热晕逐渐被抑制,浮力对流的影响逐渐消失。
激光光学 激光传输 热晕 浮力对流 阵列光束 
光学学报
2022, 42(1): 0114001
作者单位
摘要
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 华东光电集成器件研究所,江苏 苏州 215163
1280×1024 EMCCD是一种内线转移结构的固态微光成像器件,具备从星光条件到阳光环境的全天时成像探测能力,可广泛用于航天遥感、视觉感知和无人驾驶等领域。但由于器件饱和输出的限制,当入射光强度很高的情况下,EMCCD会发生光晕现象,造成图像分辨率降低,影响EMCCD获取目标信息的能力。为了提升EMCCD环境适应性,避免光晕现象的产生,文中分析了EMCCD光晕产生的原因,介绍了纵向抗晕的工作原理,通过理论推导分析和数值模拟仿真的方法,设计了具有纵向抗晕结构的EMCCD像元,制作了具有抗晕功能的1280×1024 EMCCD器件和原理演示样机,仿真数据和测试结果表明,文中设计的纵向抗光晕结构EMCCD具有500倍抗晕能力。
EMCCD 内线转移 光晕 饱和输出 抗晕能力 EMCCD interline transfer blooming saturation output antiblooming 
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210083
作者单位
摘要
1 四川大学 电子信息学院,成都 610064
2 中国工程物理研究院,四川 绵阳 621900
“之字形”光路薄管固体激光是一种结构紧凑、增益高且利于发射的新型激光光源。针对薄管固体激光光源及其大气长程传输过程中的光束质量退化问题,提出了基于直角锥面变形镜的薄管激光校正方法,进而通过建立薄管激光校正模型以及大气长程传输模型,开展了薄管激光大气长程传输光束质量分析。首先,针对大遮拦比窄环宽环形光束与发射系统的匹配问题,提供了一种薄管激光环形光束整形变换方案,有效实现了薄管激光的整形和变换。然后,分析了薄管激光光源光束质量、大气湍流效应和热晕效应等对整形变换后的薄管激光大气长程传输特性的影响,进而明确了薄管激光大气长程传输光束质量退化机理。最后,分析了直角锥面变形镜对薄管激光的光源畸变、大气湍流的低频分量和热晕导致的离焦相位等的校正效果。结果表明,经过直角锥面变形镜的校正,薄管激光光源光束质量明显改善,大气长程传输后的远场光束质量有所提高。若进一步配合常规变形镜进行联合校正,薄管激光大气长程传输后的远场光束质量可得到显著提升。
薄管激光 直角锥面变形镜 自适应光学 遮拦比变换 大气湍流 热晕 tube laser right-angle conical deformable mirror adaptive optics obscuration ratio transformation atmosphere turbulence thermal blooming 
强激光与粒子束
2021, 33(8): 081007

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