中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
设计了用于 G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪, 电子注电压 20 kV, 电流50.9 mA, 注腰半径 0.056 mm, 射程 10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法, 分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响, 设计了装配模具进行补偿, 并得到了实验验证。该电子枪已用于多种 G波段行波管, 解决了关键部件技术问题。
G波段行波管 电子枪 热形变 G band traveling wave tube electron gun thermal deformation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 895
强激光与粒子束
2022, 34(7): 075012
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信重点实验室, 广东 广州 511443
超快激光具有极短的脉宽和极高的峰值强度,已被广泛应用于等离激元纳米材料的加工。在极高的激光功率密度下,等离激元纳米材料中的自由电子吸收入射光子能量成为热电子,然后通过电子与晶格的耦合作用使得晶格温度升高,诱导等离激元纳米材料产生光热形变。根据激光功率密度与熔化沸腾阈值的关系,综述了等离激元材料的三种光热形变——阈值熔化、表面原子扩散和激光烧蚀的不同原理;同时还介绍了等离激元纳米材料超快激光光热形变在多维光存储、结构色彩色打印和信息加密隐写等领域的应用。
激光光学 光热形变 表面等离激元 超快激光 阈值 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111401
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,南京 210094
2 南京理工大学 先进发射协同创新中心,南京 210094
熔融石英基片受高能激光辐照后,受热产生的热形变会恶化系统出射的光束质量。为了研究光束质量的恶化情况,采用COMSOL有限元分析软件,建立了在连续高能激光辐照下熔融石英基片热形变分析模型,并针对基片在不同的夹持方式下的热形变进行了比较分析,得到了基片受热后的温度分布和形变分布情况,并利用VirtualLab软件定量分析了熔融石英基片热形变对光束质量的影响。结果表明,采用四周固定的方式,热形变量是最小的；基片的热形变会对光束质量造成影响,激光辐照时间越长,热形变量越大,对光束质量影响越大；当基片被激光辐照20s后,采用夹板固定的基片最大形变量达到415.90nm,光束质量因子Mx2由1.0036恶化至1.4571；采用四周固定的基片最大形变量达到98.38nm,光束质量因子Mx2由1.0036恶化至1.0064。这一结果对后续激光合束系统搭建以及光束质量优化有重要的指导意义。
激光光学 热形变 有限元法 光束质量 laser optics thermal deformation finite element method beam quality
国防科学技术大学光电科学与工程学院高能激光技术湖南省重点实验室, 大功率光纤湖南省协同创新中心, 湖南 长沙 410073
连续面形分立驱动变形镜(CFDA-DM)是自适应光学系统中最重要的器件。在高能激光系统中, 此种变形镜(DM)很容易产生热变形,这对DM的补偿能力和输出光束质量有较大影响。通过构建实验平台对DM热变形进行研究, 利用功率为2.5 kW的激光对DM镜面连续辐照130 s, 镜面波前峰谷值(dPV)由辐照前的0.0806λ增长到0.5423λ, 面形像差中高阶成分有0.1220λ, 低阶成分主要是离焦和像散。利用DM将波前dPV为0.4853λ的0°像散补偿到dPV为0.0707λ后再用功率为2.5 kW的激光对DM镜面连续辐照180 s, 此时波前dPV由0.0707λ增加到0.7548λ, 其中高阶成分有0.2487λ。可见热变形不但产生低阶像差, 还产生较大成分的高阶像差。此高阶像差不能用DM自身进行校正, 是影响高能激光系统输出光束质量的重要因素。
自适应光学 热形变 像差补偿 变形镜 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 120101
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 成都 610041
3 中国工程物理研究院太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621900
在波前校正过程中，变形镜(DM)在强激光连续辐照(CW)下会产生热形变，进而对入射光引入附加波前畸变，从而制约了变形镜的波前校正效果，致使光束质量改善效果变差。从变形镜热形变面形的Zernike 多项式分解出发，建立了强激光连续辐照下变形镜的热形变预估模型，根据预估所得的热形变面形，模拟计算得到了变形镜的驱动器控制信号参数，进而驱动变形镜对其自身的热形变面形进行了实时补偿。仿真结果表明，该自校正方法能有效补偿变形镜自身的热形变面形，减小变形镜热形变对其校正能力的影响；采用局部换热方式只能在一定程度上减小变形镜形变面形引起的平移相差和离焦相差，对光束质量的改善效果也比较有限，而该自校正方法能有效减小热形变引起的光程差，从而对光束质量起到明显的改善作用。
激光器 预估模型 自校正 变形镜 热形变 中国激光
2015, 42(12): 1202001
在高功率连续激光辐照下，变形镜(DM)表面产生的热形变会对入射激光引入附加相位畸变，进而降低光束质量。利用有限元分析软件ANSYS 建立了变形镜模型，分析比较了变形镜与高反镜热形变的特点，并讨论了变形镜结构参数对入射激光相位特性的影响。研究结果表明：与高反镜相比，变形镜的热形变更为明显；变形镜极头间距越小，热形变带来的高频相位畸变越多；极头长度对高频成分的影响较大，极头长度越短，热形变带来的高频成分越多，因而适当增加极头长度能够降低热形变带来的高频相位畸变；增大极头直径能使高频畸变所占比例有所降低，但会减弱变形镜的校正能力，因而在实际设计时应综合考虑。计算结果可为变形镜的参数优化设计提供一定参考价值。
激光光学 变形镜 热形变 有限元分析 结构参数 相位畸变
在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下，利用ANSYS 有限元分析软件，建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下，变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明，在使用有限元软件进行分析时，高反膜系的非均匀吸收不可忽略；变形镜极头间距越窄，热形变带来的波前畸变空间频率越高；当入射波前峰谷(PV)值与变形镜热形变面形PV 值相差不大时，热形变带来的影响最明显；在总吸收能量一定的情况下，入射激光功率越大，热形变对光束质量的影响越明显。此外，针对不同的换热条件，讨论了变形镜热形变对光束质量的影响，进而针对热形变的产生机理，提出采用局部换热方式降低变形镜的热形变。
激光器 局部换热 有限元法 变形镜 热形变
光电信息控制和安全技术重点实验室, 河北 三河 065201
红外光学系统的镜片组件在环境温度较高时会发生热形变, 特别是在局部温度过高时, 镜片的面形、厚度的变化会对成像质量有着不可忽视的影响。为了研究红外光学镜片的热形变, 利用波长为1.06 μm准连续激光辐照锗单晶平片, 实时监测锗材料在不同辐照时间下的形变及对成像质量的影响。所得实验数据可为镜片热形变的理论分析提供参考。
1.06 μm激光 热形变 锗材料 1.06 μm laser thermal distortion Germanium material
