1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 高功率激光物理联合实验室，上海 201800
光学元件的损伤在高功率激光系统的终端光学组件中较为普遍且对激光系统的正常运行有重大影响。为提高元件的使用寿命和保证激光光路正常运行，首先要做的是检测和判断出损伤出现的位置、大小、类型。在线检测中终端光学损伤检测装置是一种重要的方法，它能够直接、实时地对元件的损伤情况进行成像并分析，另外还有一种间接获取损伤图像的方式，即用衍射环检测损伤，通过相关公式求出损伤点的大小和位置。针对更小的损伤的检测，深度学习这一工具能够处理大量数据，是目前研究该问题不可或缺的一类方法，它能够减少人工，并提高效率和准确率。修复损伤的主要方式是快速熔融缓解，即二氧化碳激光熔融损伤区，该方法是目前最常见、最有效的修复方式。对损伤问题处理的前提和关键在于精确定位更小的损伤点并分类不同类型的损伤，以便确定后续修复步骤。损伤的检测和修复是光学循环回路策略的重要部分，传统方法有一定的局限性。近些年，受到深度学习在图像处理和目标识别领域的优势的影响，未来会有越来越多深度学习的方法能够被用在与损伤检测相关的研究上。这对高功率激光系统长期稳定运行和正常发展有重要意义和作用。
元件损伤 在线检测 高功率激光系统 损伤修复 深度学习 Element damage On-line inspection High power laser system Damage repair Deep learning 光子学报
2022, 51(10): 1012002
强激光与粒子束
2021, 33(11): 111015
1 苏州大学 物理与光电·能源学部 苏州纳米科技协同创新中心, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学 江苏省先进光学制造技术重点实验室 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
针对强激光系统中常用的1 053 nm激光器进行了偏振光栅结构的优化设计。利用严格耦合波理论分析了光栅偏振器的衍射特性及消光比, 分析显示偏振光栅周期为600 nm, 占宽比为0.535~0.55, 槽形深度为1 395 nm~1 420 nm时, 可保证其在1 053 nm波长下, 透射率高于95%, 消光比大于1 500。基于分析结果, 利用全息光刻技术制作了高质量光刻胶光栅掩模, 并采用倾斜转动的离子束刻蚀结合反应离子束刻蚀的方法对该光刻胶光栅掩模进行图形转移, 制作了底部占宽比为0.54, 槽形深度为1 400 nm的光栅偏振器。实验测量显示其透射率为92.9%, 消光比达到160。与其他制作光栅偏振器方法相比, 采用单光刻胶光栅掩模结合倾斜转动的离子束刻蚀工艺, 不但简化了制作工艺, 而且具有激光损伤阈值高、成本低的优点。由于该技术可制作大面积光栅, 特别利于在强激光系统中应用。
高功率激光系统 光栅偏振器 严格耦合波理论 全息光刻 离子束刻蚀 high power laser system grating polarizer rigorous coupled-wave theory holographic lithography ion beam etching 光学 精密工程
2016, 24(12): 2962
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了研究高功率激光系统中划痕型缺陷对光场质量的影响，采用分步傅里叶算法对非线性近轴波动方程进行求解，模拟分析了不同划痕参数(长度、宽度、深度)下，元件内部、光束近场、元件后传输光场以及光束远场的光强分布情况。数值模拟结果表明: 随着划痕长度、宽度或深度的增加，元件内部以及元件后传输光场的峰值强度和对比度均会相应增强;光束近场的光强对比度也会略微增大;对于光束远场的强度分布，与划痕宽度方向所对应的频谱能量会不断增强。该项研究工作可以为划痕检验标准的制定提供一定的定量分析依据。
光学元件 划痕型缺陷 高功率激光系统 分步傅里叶算法 光束近场 光束远场 optics elements scratch defect high power laser system split-step-Fourier-transform near field far field 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092011
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为精确测量强激光发射系统中高功率激光经分体式扩束系统后光束的传输方向，设计了一种新型分体式扩束系统输出光平行度测量装置。根据高功率激光分体式扩束系统及红外激光的特点，该装置采用高分辨率红外CCD作为监测成像设备。采用轻质高刚度的优质铝合金对装置的机械结构进行了设计，切换部件搭载在高精度线性位移平台上。基于高分辨率CCD和精密线性位移平台，该装置可较好地完成动态和静态测量。测试结果表明，该平行度测量装置工作稳定、可靠，测量精度优于2.0″；装置设计合理，实用，可为扩束系统的装调及应用提供可靠依据。
高功率激光系统 分体式扩束系统 平行度测量装置 装调 high energy laser launching system independent expanding beam system parallelism error measuring equipment assembly
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
概述了高功率激光系统中小尺度自聚焦产生的机理及相应的评价标准和分析方法，重点对激光经过钕玻璃介质和频率转换晶体的小尺度自聚焦情况进行了分析和讨论，同时介绍了两种测量小尺度调制增长的方法。针对高功率激光系统，阐述了抑制小尺度自聚焦的几种方法，提出通过控制小尺度调制增量，减少高功率激光的非线性效应对光学元件损伤的方案。指出了聚变级高功率激光技术中非线性效应研究的发展趋势。
物理光学 小尺度自聚焦 B积分 高功率激光系统 激光与光电子学进展
2012, 49(1): 010002
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为实现在高功率激光装置中对平面反射镜反射率的高精度测量, 提出了将双光束分光光度法与VW测量法相结合, 利用扩束后的测量光束测量被测元件的反射率。推导了计算公式, 搭建了测量光束口径为50mm的检测系统, 通过对标准吸收玻璃吸收值的测试验证了系统对光束能量测试的准确性。利用该系统对高功率激光装置使用的反射镜的反射率进行了测量, 并将其测量结果与用lambda900分光光度计测量的结果进行了比对。结果表明: 该方法的测量精度优于0.1%。
光学测量 反射率 高功率激光系统 大口径光学元件 双光束分光光度法 optical measurement reflective high-powered laser system large aperture optics double-beam principle
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
为了实现光学材料光学非均匀性的高精度检测, 采用将光学材料制成一小楔角(小于0-117°)光学元件并利用菲索干涉法检测其光学非均匀性的方法, 对测量过程进行了理论仿真分析和熔石英材料光学非均匀性的实验验证, 取得了熔石英材料的光学非均匀性数据, 峰谷值为4-33×10-6, 均方根值为0-862×10-6, 测量准确度优于4-8×10-7。结果表明, 该测量方法能有效避免目前检测方法中将光学材料制成平板元件而引起干涉混叠的现象。
测量与计量 干涉测量 光学非均匀性 计算机仿真 高功率激光系统 measurement and metrology interferometer measurement optical inhomogeneity computer simulation high power laser system
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了一种高功率激光系统中鬼点空间坐标的快速定位算法, 用于在设计阶段分析系统中的多次反射与多级衍射鬼点, 以避免对系统造成危害。算法采用二叉树表示的多叉树存储鬼光束数据, 同时追迹第一近轴光线和实际主光线, 依据第一近轴光线确定鬼点的z坐标zg, 将实际主光线与z=zg平面的交点作为实际鬼点位置。以倾斜透镜和含衍射元件的终端光学系统(FOA)为例预测了鬼点的空间坐标, 经高密度实际光线追迹法验证, 在所得鬼点平面相应位置确有光能聚集, 表明鬼点空间坐标与实际鬼光束的密集区域相符。使用该方法在16 s内定位了含222面的激光系统的13124个鬼点。
几何光学 光线追迹 鬼点 杂散光 高功率激光系统
Author Affiliations
Abstract
College of Photon-Electron Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Amplified spontaneous emission (ASE) always occurs in high-power DF laser systems with master oscillator-power amplifier (MOPA) configuration. ASE not only reduces the energy extraction efficiency of the laser system, but also negatively influences its heat management. The interaction between the ASE flux and the coherent laser flux, as well as the effect of ASE on cuboid DF amplifiers, is studied using a finite difference method and an iterative arithmetic. In addition, the influence of ASE on coherent laser amplification is discussed in detail.
放大自发辐射 放大率 高功率激光系统 140.4480 Optical amplifiers 140.1550 Chemical lasers 140.3280 Laser amplifiers Chinese Optics Letters
2010, 8(8): 764
