光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响

《光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第)#卷第#期"%%&年#月物理学报?@/0)#，>@0#，AB,C.，"%%&!%%%8#"(%9"%%&9)（#%#）9%()"8%(2:;25<=*6:2*6>6:2""%%&:.DE05.FG0*@C0"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响!!）"）!）#）!）季小玲陶向阳吕百达!（）四川大学激光物理与化学研究所，成都$!%%$&）"（）四川师范大学电子工程学院，成都$!%%$$）#（）江西师范大学物理与通信电子学院，南昌##%%"’）（"%%

2、#年&月(日收到；"%%#年)月&日收到修改稿）采用*+,-./比、桶中功率、!参数和束宽描述远场光束质量，研究了光束控制系统热效应和球差对远场激光光束质量的影响0用四维仿真程序作了详细计算，给出了数值计算结果并进行了物理分析0研究表明，传输通道的热效应和正球差会使远场光强分布扩展，可聚焦能力下降，光束质量变差0有意义的是，当激光发射功率达到一定值时，合适选取负球差会在几何焦面得到比无球差时更高的峰值光强和更好的可聚焦能力0但在以前的工作中，由于焦移，类似的结论是在实际焦面上得出的0非线性热晕的存在是其物理原因，对此用数值计算例子作了说明0关键词：高功率激光，热效应，光束控制系统，

3、球差!"##：("$)1光学元件（反射镜、转向镜窗口等）在激光辐照下的!4引言热效应对高功率激光传输都会产生影响；（&）当对从主激光器到靶面做全程光传输的计算模拟时，还应当高功率激光通过大气时，大气湍流、热晕等线考虑光束控制系统（内光路）和后续大气传输（外光性和非线性效应对激光传输和远场光束质量会产生路）间的“接口”和内、外光路不同物理因素对激光传影响，对此已进行了许多理论和实验研究，并采用了输的影响等问题0此外，因抽运非均匀性或光学元件［!—’］［!%，!!］自适应光学技术来有效补偿波前畸变0然而，对加工误差，实际激光会出现像差0例如球差0已实际的高功率激光系统，从主激光器输出的

4、高功率有的研究工作说明，正、负球差对激光束传输变换的激光还要经过发射光学系统和捕获跟踪瞄准系统影响不同0特别是，采用合理选取的负球差可在实际［!"—!&］（统称光束控制系统）后再经大气传输0虽然激光在焦面上实现“超衍射极限”的聚焦，一个十分光束控制系统中的传输距离比起后续长程大气传输有意义的问题是：当有热晕存在时，球差会对激光传距离是非常短的，但是，高功率密度细光束在光束控输行为产生什么样的影响？本文采用*+,-./比、桶制系统中的热效应（包括热晕和光学元件在激光辐中功率（567）、参数和束宽评价远场光束质量0用!照下的热应力和热应变）会对激光传输和远场光束自编的四维光束大气传输仿

5、真程序，研究光束控制［3，(］质量产生影响，对此所做的研究工作报道甚少0系统热效应和球差对远场激光光束质量的影响0用与激光大气传输相比，对光束控制系统中光束传输详细的数值计算例子和物理分析说明当有非线性热和相关问题计算模拟的主要物理特点和难点是：（!）晕效应存在时，正负球差对几何焦面上光束质量影在激光经发射光学系统扩束前，光斑尺寸较小，功率响也不同0光束控制系统热效应和正球差会使远场密度很高，即应处理高功率密度细光束的大气传输；光束扩展，峰值光强减小，可聚焦能力下降0但由于（"）在光束控制系统中，特别是采用管道结构时，横非线性热晕的影响，与无球差情况相比较，当激光发向风速为零或很小

6、；（#）大气热晕和光束控制系统中射功率达到一定值时，合适选取的负球差会在几何!国家高技术研究发展计划（批准号："%%#23"#%’%）资助的课题0.期季小玲等：光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响@/.焦面上得到较高峰值光强和更好的可聚焦能力，为功率占总功率的份额，物理上89:表征了光束的可此与已有工作做了比较，对所得新结果作了合理的聚焦能力!［(7］物理诠释!本文所用方法和所得结论对高功率激光（.）&参数远程能量输运问题研究有实际意义!45，（>）&$#4&"!理论模型式中45和4&分别为实际光束和理想光束在远场当89:$7.?时所对应的光斑面积!在所编制的四维（!，"，

7、#，$）仿真程序中使用的（0）束宽.和.!"基本方程如下：［(>］按二阶矩定义的束宽.和.为!"近轴近似下激光束的传输方程为""0（!’$!）*&（!，"）*