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 中国科学院大学, 北京 100049
3 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院, 浙江 杭州 310024
在空间引力波探测的超长臂干涉测量过程中，杂散光问题长期以来受到广泛关注。一方面，本地干涉仪发出的激光通过望远镜时会产生后向相干杂散光。另一方面，在轨情况下，来自空间的环境辐射入射到航天器还会产生前向非相干杂散光。一直以来，前向非相干杂散光受到的关注较少，然而却是空间引力波望远镜设计必须要考虑的因素。因此，本文对空间引力波探测望远镜在轨情况下产生的杂散光进行测量与抑制。首先，根据太极计划三星卫星编队的轨道数据对全年太阳角进行计算，对1064 nm波段附近的太阳辐射进行评估，推导了遮光罩投影函数，最终给出遮光罩设计指标。然后，对望远镜进行光学与机械建模，并对关键光学元件进行散射测量。最后，根据入射太阳光能量对到达望远镜出瞳的杂散光进行计算。结果表明：当入射光与光轴夹角为60°时，出瞳处的杂散辐射可达到3.9×10−12 W，对应点源透射比为8.7×10−9，满足空间引力波探测超低杂散光的需求。
空间引力波探测 杂散光 散射光学 spaceborne gravitational wave detection optical scattering stray light 
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Qingdao 266237, China
3 Key Laboratory of Laser & Infrared System (Shandong University), Ministry of Education, Qingdao 266237, China
4 Center for Optics Research and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
A high-energy 100-Hz optical parametric oscillator (OPO) based on a confocal unstable resonator with a Gaussian reflectivity mirror was demonstrated. A KTA-based OPO with a good beam quality was obtained when the magnification factor was 1.5, corresponding to the maximum signal (1.53 µm) energy of 56 mJ and idler (3.47 µm) energy of 20 mJ, respectively. The beam quality factors (M2) were measured to be M2x = 5.7, M2y = 5.9 for signal and M2x = 8.4, M2y = 8.1 for idler accordingly. The experimental results indicated that the beam quality positively changed with the increase of magnification factors, accompanied by an acceptable loss of pulse energy.
optical parametric oscillators confocal unstable resonator beam quality Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051401
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 中国科学院大学，北京 100049
提高光机结构的温度适应性对空间相机降低热控难度、提升系统稳定性具有重要意义。根据统一材料结构可以消除系统热差的原理，选用铝合金材料对某可见光波段空间相机的光机结构进行了设计，并完成了实际工况下的工程分析，达到了在 20℃±15℃均匀温度变化与不同方向重力耦合状态下，像质均满足 MTF(modulation transfer function)在 71.4 lp/mm处大于 0.3的成像指标。采取常用的不同材料搭配方案进行对比分析，相同工况的全铝结构稳定性远优于不同材料方案，验证了统一材料的光机结构在温度适应性方面的优势。
空间相机 光机结构设计 温度适应性 全铝结构 光机集成分析 space camera, optical machine structure design, te
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Qingdao 266237, China
3 Key Laboratory of Laser & Infrared System (Shandong University), Ministry of Education, Qingdao 266237, China
4 Center for Optics Research and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
Beam quality improvements by a large margin for signal and idler beams of a high energy 100 Hz (KTA) non-critical phase matching (NCPM) optical parametric oscillator (OPO) were demonstrated using an unstable resonator configuration instead of a plane-parallel one. Theoretically, influences of cavity lengths and transmission of an output coupler on the OPO conversion efficiency for both were numerically simulated. For OPO based on an unstable resonator with a Gaussian reflectivity mirror, the maximum pulse energies at the signal (1.53 µm) and idler (3.47 µm) were about 75 mJ and 26 mJ, respectively. The corresponding beam quality factors of the signal were Mx2 = 9.8 and My2 = 9.9, and Mx2 = 11.2 and My2 = 11.5 for the idler. As a comparison, 128 mJ of signal and 48 mJ of idler were obtained with the plane-parallel resonator, and the M2 factors of the signal were Mx2 = 39.8 and My2 = 38.4, and Mx2 = 32.1 and My2 = 31.4 for the idler. Compared with a plane-parallel cavity, over eight times and three times brightness improvements were realized for the signal and idler light, respectively.
optical parametric oscillators unstable resonator beam quality Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 091401
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 中国科学院大学，北京 100049
针对口径为 300 mm的一体化铝合金反射镜进行了拓扑优化设计，在反射镜光轴方向的自重载荷下，以整体柔度作为约束，反射镜最小体积作为目标进行迭代优化，得到了拓扑优化结果模型，根据其特征建立了实体模型并进行了参数优化，最终得到了总质量为 2.08 kg、面形均方根 RMS(Root Mean Square）为 5.9 nm、轻量化率为 70%的一体化反射镜结构。通过参数优化，结合与对比结构的对比验证了拓扑结构特征的有效性，并进行了支撑特性分析。中心六边形的支撑结构和半封闭的结构在自重工况下对面形精度的提升有极大贡献。中心六边形结构存在最佳支撑位置，即正六边形高度与直径比值为 0.26。
铝合金反射镜 拓扑优化 参数化优化 支撑特性 aluminum alloy mirror, topology optimization, para
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
近些年,法国Amplitude公司提出了“吉赫兹(GHz)革命”的口号,主要指发展重复频率在GHz量级的超短脉冲激光光源,并将其应用于工业加工、精密测量和生物成像等方面。深紫外激光器具有波长短、分辨率高、光子能量高的特点,因而在芯片缺陷检测、光电子能谱实验等方面具有重要应用,但目前已有的深紫外激光器的重复频率主要集中在千赫兹(kHz)和兆赫兹(MHz)量级,在GHz重复频率方面的研究极少,这大大限制了深紫外激光器在上述方面的应用。因此,针对上述研究现状,对高重复频率超短脉冲激光器的产生及频率变换技术的发展趋势展开研究。首先,详细介绍了近红外(NIR)波段GHz重复频率激光光源的发展现状;归纳总结了近二十年来国内外深紫外激光光源的研究进展——主要集中于四倍频(266 nm和258 nm)、五倍频(213 nm和206 nm)以及193 nm,指出了GHz重复频率深紫外脉冲激光领域的空白。接着,对GHz近红外激光和GHz深紫外激光各自的难点、相互之间的关系进行了探讨。最后,在对高重复频率深紫外激光器未来发展进行展望的同时也指出了其发展过程中亟需解决的问题。
激光器 深紫外激光 GHz 高重复频率 非线性光学 中国激光
2021, 48(12): 1201008
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
报道了百赫兹大能量KTiOAsO4(KTA)晶体光参量振荡器(OPO)系统,并研制了脉冲重复频率为100 Hz、输出能量达580 mJ、波长为1064 nm的Nd∶YAG主振荡功率放大器。OPO谐振腔采用平平腔结构,用在X方向切割的KTA晶体作为非线性晶体。在脉冲重复频率为100 Hz时,得到1.53 μm信号光和3.47 μm闲频光的单脉冲能量分别为178 mJ和64 mJ,脉冲宽度分别为13.7 ns和11.8 ns,泵浦光到参量光的光-光转换效率为43.6%。
中国激光
2021, 48(12): 1201009
山东大学 信息科学与工程学院 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266200
晶体光纤是一种新型的高性能光纤材料，具有稀土离子掺杂浓度高、传光性好、耐高温、耐腐蚀等优点.晶体光纤在激光及传感方面具有巨大的应用潜力，然而至今还没有成功制备出真正意义上的同时具有晶体纤芯和晶体包层的小芯径晶体光纤.与传统的玻璃光纤相比，晶体光纤的制备工艺更加复杂，如何对晶体光纤制备工艺进行完善和创新是当前需要解决的重要问题.为了探索提高晶体光纤质量的途径，本文以晶体光纤的四种制备技术为主线，回顾了晶体光纤及其制备方法的发展历程，讨论了每种制备方法的局限性，对晶体光纤目前的应用状况进行了总结，并对其未来发展趋势进行了展望.
光纤材料 晶体光纤 光纤设计与制造 激光加热基座法 微下拉法 无粘合剂键合法 熔融芯法 Fiber materials Crystal fiber Fiber design and fabrication Laser heated pedestal growth Micro-pulling-down Adhesive-free bonding Molten core 光子学报
2019, 48(11): 1148003
