高能短脉冲激光相干合成关键技术研究
发布时间：2021-06-22 15:19
高能短脉冲激光技术的出现,为极端条件下物质特性的研究以及强场物理实验提供了条件,国际上许多国家都在规划数十PW、数百PW甚至EW激光系统的研制。然而由于工作物质的物理特性、非线性效应、泵浦技术等因素的影响,单路高能短脉冲激光的输出功率难以进一步提高,相干合成技术（将多路光束在远场进行相干聚焦）是单路激光输出能力受限条件下,获得更高功率短脉冲激光输出的有效途径之一,国内外许多高能短脉冲激光装置中都规划了多路激光的相干合成。本文针对高能短脉冲激光相干合成中的关键技术展开研究。对多路高能短脉冲激光相干合成的理论和系统进行了分析,实现了基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的两路超短脉冲激光的相干合成,提出了一种新的基于小口径反射镜的大口径阵列光栅拼接方法,分析了波前畸变对阵列光栅压缩器输出脉冲激光时空特性的影响。论文的主要研究内容如下:1.对高能短脉冲激光相干合成的理论进行了研究,分析了振幅、同步误差、指向性误差、波前畸变、填充因子、偏振方向、色散对相干合成效果的影响,并基于相干合成的理论,对高能短脉冲激光装置相干合成进行了系统分析。2.针对高能短脉冲激光装置的特点,采用SPGD控制算法实现了...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
基于不同色散元件的光谱合成示意图
图 1.5 外差法实现相干合成的原理图[77]Fig 1.5 The schematic of coherent beam combination based on heterodyne method多抖动法借鉴于传统的自适应光学技术，由美国空军实验室提出[101]，其基本原理见图 1.6(a)。激光器输出的激光被分为 N 路，各路光束经过射频振荡器和相位调制器进行不同频率的信号载波，在频域中将各路脉冲打上标签。各路脉冲经过分光镜后被分成两部分，其中一部分聚焦在带针孔的光电探测器上，将探测到的信号通过图 1.6(b)所示的解调电路分离出每一路的相位信号，并作为控制信号反馈给相位调制器，相位调制器对相位进行调整，就可以实现多路光束的相干合成。该方法的优点是不需要额外的参考光束，只需要一个光电探测器就能实现多路光束相位的探测，但是其信号处理单元与控制单元相当复杂，载波频率会随着合成路数的增加变得很大，这会增加实现难度。另外，当系统中存在倾斜误差时，也会对远场信号产生影响，此时光电探测器的信号并不能真实的反映活塞相差的状况，从而影响相差的控制。开展基于多抖动法的相干合成研究的主要单位除了美国空军实验室，还有美国马里兰大学[102]、法国航空航天实验室[91,92,103]、国防科技大学[90]等。
图 1.5 外差法实现相干合成的原理图[77]Fig 1.5 The schematic of coherent beam combination based on heterodyne method多抖动法借鉴于传统的自适应光学技术，由美国空军实验室提出[101]，其基本原理见图 1.6(a)。激光器输出的激光被分为 N 路，各路光束经过射频振荡器和相位调制器进行不同频率的信号载波，在频域中将各路脉冲打上标签。各路脉冲经过分光镜后被分成两部分，其中一部分聚焦在带针孔的光电探测器上，将探测到的信号通过图 1.6(b)所示的解调电路分离出每一路的相位信号，并作为控制信号反馈给相位调制器，相位调制器对相位进行调整，就可以实现多路光束的相干合成。该方法的优点是不需要额外的参考光束，只需要一个光电探测器就能实现多路光束相位的探测，但是其信号处理单元与控制单元相当复杂，载波频率会随着合成路数的增加变得很大，这会增加实现难度。另外，当系统中存在倾斜误差时，也会对远场信号产生影响，此时光电探测器的信号并不能真实的反映活塞相差的状况，从而影响相差的控制。开展基于多抖动法的相干合成研究的主要单位除了美国空军实验室，还有美国马里兰大学[102]、法国航空航天实验室[91,92,103]、国防科技大学[90]等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国高功率固体激光技术发展中的两次突破[J]. 魏晓峰,郑万国,张小民. 物理. 2018(02)
[2]拼接光栅五自由度并联定位机构设计[J]. 于福利,卢礼华,张庆春. 中国激光. 2018(01)
[3]高功率光纤激光光谱合成技术的研究进展[J]. 郑也,杨依枫,赵翔,公维超,柏刚,张璟璞,刘恺,陈晓龙,赵纯,漆云凤,晋云霞,何兵,周军. 中国激光. 2017(02)
[4]高功率光纤激光相干合成的现状、趋势与挑战[J]. 王小林,周朴,粟荣涛,马鹏飞,陶汝茂,马阎星,许晓军,刘泽金. 中国激光. 2017(02)
[5]全息光栅拼接系统中的像差补偿法[J]. 钱国林,吴建宏,李朝明,陈新荣. 光学学报. 2017(03)
[6]大型激光装置束间同步抖动的高精度测量[J]. 李志林,王逍,母杰,左言磊,周松,朱启华,粟敬钦,周凯南,李天恩,刘红忠. 强激光与粒子束. 2015(11)
[7]体布拉格光栅用于高功率光谱组束的研究[J]. 梁小宝,陈良明,李超,周泰斗,黄志华,赵磊,王建军,景峰. 强激光与粒子束. 2015(07)
[8]激光相干偏振光束合成技术的研究进展[J]. 马鹏飞,周朴,马阎星,王小林,刘泽金. 激光与光电子学进展. 2012(07)
[9]高精度2×2阵列拼接光栅结构设计[J]. 周忆,申超,张军伟,王逍,周海. 强激光与粒子束. 2011(07)
[10]点目标成像自适应光学随机并行梯度下降算法性能指标与收敛速度[J]. 陈波,杨慧珍,张金宝,李新阳,姜文汉. 光学学报. 2009(05)
博士论文
[1]大口径精密光栅拼接系统研究[D]. 廖云飞.重庆大学 2015
[2]基于啁啾反转和拼接光栅的激光脉冲高效压缩技术研究[D]. 王逍.中国工程物理研究院 2013
[3]高能短脉冲激光相干合成技术研究[D]. 杨雨川.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]大口径阵列光栅拼接误差控制技术研究[D]. 陈伟.重庆大学 2012
[2]精密位相主动控制技术研究[D]. 王德恩.中国工程物理研究院 2011
[3]多抖动法光纤MOPA链的相干合成[D]. 马阎星.国防科学技术大学 2008
[4]基于像质评价函数最优化的自适应波前控制技术研究[D]. 龙学军.国防科学技术大学 2006
[5]多层介质膜光栅掩模槽形的控制与检测[D]. 万华.苏州大学 2005
本文编号：3243074
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
基于不同色散元件的光谱合成示意图
图 1.5 外差法实现相干合成的原理图[77]Fig 1.5 The schematic of coherent beam combination based on heterodyne method多抖动法借鉴于传统的自适应光学技术，由美国空军实验室提出[101]，其基本原理见图 1.6(a)。激光器输出的激光被分为 N 路，各路光束经过射频振荡器和相位调制器进行不同频率的信号载波，在频域中将各路脉冲打上标签。各路脉冲经过分光镜后被分成两部分，其中一部分聚焦在带针孔的光电探测器上，将探测到的信号通过图 1.6(b)所示的解调电路分离出每一路的相位信号，并作为控制信号反馈给相位调制器，相位调制器对相位进行调整，就可以实现多路光束的相干合成。该方法的优点是不需要额外的参考光束，只需要一个光电探测器就能实现多路光束相位的探测，但是其信号处理单元与控制单元相当复杂，载波频率会随着合成路数的增加变得很大，这会增加实现难度。另外，当系统中存在倾斜误差时，也会对远场信号产生影响，此时光电探测器的信号并不能真实的反映活塞相差的状况，从而影响相差的控制。开展基于多抖动法的相干合成研究的主要单位除了美国空军实验室，还有美国马里兰大学[102]、法国航空航天实验室[91,92,103]、国防科技大学[90]等。
图 1.5 外差法实现相干合成的原理图[77]Fig 1.5 The schematic of coherent beam combination based on heterodyne method多抖动法借鉴于传统的自适应光学技术，由美国空军实验室提出[101]，其基本原理见图 1.6(a)。激光器输出的激光被分为 N 路，各路光束经过射频振荡器和相位调制器进行不同频率的信号载波，在频域中将各路脉冲打上标签。各路脉冲经过分光镜后被分成两部分，其中一部分聚焦在带针孔的光电探测器上，将探测到的信号通过图 1.6(b)所示的解调电路分离出每一路的相位信号，并作为控制信号反馈给相位调制器，相位调制器对相位进行调整，就可以实现多路光束的相干合成。该方法的优点是不需要额外的参考光束，只需要一个光电探测器就能实现多路光束相位的探测，但是其信号处理单元与控制单元相当复杂，载波频率会随着合成路数的增加变得很大，这会增加实现难度。另外，当系统中存在倾斜误差时，也会对远场信号产生影响，此时光电探测器的信号并不能真实的反映活塞相差的状况，从而影响相差的控制。开展基于多抖动法的相干合成研究的主要单位除了美国空军实验室，还有美国马里兰大学[102]、法国航空航天实验室[91,92,103]、国防科技大学[90]等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国高功率固体激光技术发展中的两次突破[J]. 魏晓峰,郑万国,张小民. 物理. 2018(02)
[2]拼接光栅五自由度并联定位机构设计[J]. 于福利,卢礼华,张庆春. 中国激光. 2018(01)
[3]高功率光纤激光光谱合成技术的研究进展[J]. 郑也,杨依枫,赵翔,公维超,柏刚,张璟璞,刘恺,陈晓龙,赵纯,漆云凤,晋云霞,何兵,周军. 中国激光. 2017(02)
[4]高功率光纤激光相干合成的现状、趋势与挑战[J]. 王小林,周朴,粟荣涛,马鹏飞,陶汝茂,马阎星,许晓军,刘泽金. 中国激光. 2017(02)
[5]全息光栅拼接系统中的像差补偿法[J]. 钱国林,吴建宏,李朝明,陈新荣. 光学学报. 2017(03)
[6]大型激光装置束间同步抖动的高精度测量[J]. 李志林,王逍,母杰,左言磊,周松,朱启华,粟敬钦,周凯南,李天恩,刘红忠. 强激光与粒子束. 2015(11)
[7]体布拉格光栅用于高功率光谱组束的研究[J]. 梁小宝,陈良明,李超,周泰斗,黄志华,赵磊,王建军,景峰. 强激光与粒子束. 2015(07)
[8]激光相干偏振光束合成技术的研究进展[J]. 马鹏飞,周朴,马阎星,王小林,刘泽金. 激光与光电子学进展. 2012(07)
[9]高精度2×2阵列拼接光栅结构设计[J]. 周忆,申超,张军伟,王逍,周海. 强激光与粒子束. 2011(07)
[10]点目标成像自适应光学随机并行梯度下降算法性能指标与收敛速度[J]. 陈波,杨慧珍,张金宝,李新阳,姜文汉. 光学学报. 2009(05)
博士论文
[1]大口径精密光栅拼接系统研究[D]. 廖云飞.重庆大学 2015
[2]基于啁啾反转和拼接光栅的激光脉冲高效压缩技术研究[D]. 王逍.中国工程物理研究院 2013
[3]高能短脉冲激光相干合成技术研究[D]. 杨雨川.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]大口径阵列光栅拼接误差控制技术研究[D]. 陈伟.重庆大学 2012
[2]精密位相主动控制技术研究[D]. 王德恩.中国工程物理研究院 2011
[3]多抖动法光纤MOPA链的相干合成[D]. 马阎星.国防科学技术大学 2008
[4]基于像质评价函数最优化的自适应波前控制技术研究[D]. 龙学军.国防科学技术大学 2006
[5]多层介质膜光栅掩模槽形的控制与检测[D]. 万华.苏州大学 2005
本文编号：3243074
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