激光光束的幅相联合校正控制

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  提高激光光束的光束质量是激光技术的重要工作之一。在高功率激光系统中,为了获得高光束质量的高功率激光,通常采用MOPA系统结构。通过对于本征级的谐振腔设计、泵浦匹配和热管理控制,可以获得较好的本征级光束质量,再经过功率放大,就可以得到高功率的激光。激光的光束质量是主要由本征级的光束质量所决定的,放大级的主要作用是提高激光的输出功率或者能量。然而,在高功率的放大过程中,必须在泵浦模式匹配和热管理两个方面精心设计,否则将会在放大过程中引入像差,使放大后的激光光束质量变差。进一步的光束质量的改进只能以自适应光学的方法,对激光光束的波面像差予以校正。激光光束传输理论表明,影响激光光束的主要因素是激光光束的波面和光束横截面的光强分布。前者通常称之为波面像差影响,后者称之为近场衍射。对于激光光束质量参数进行数学上的施密特正交化处理的表明,仅仅进行激光光束波面像差的校正,其光束质量的提高是有限的,在理论上可能获得最好的结果是将光束的波面校正为平面波或者球面波。进一步的激光光束质量的提升,还应该进行近场衍射的控制,即必须对于的光束近场质量进行控制。这种对同时激光光束的近场振幅和光束波面进行校正控制方法,我们称之为幅相联合校正控制。具体的实现方法就是对于近场振幅进行增益补偿,对于波面进行变形镜校正。在MOPA系统中,通过对于放大器的增益设计,可以使本征级激光的近场振幅分布得到改进,这样不仅提高的激光的功率,还可以使激光的光束质量获得明显的提高。这已经为我们和其他研究者所证实。从受激辐射光放大的光束成形的物理层面上考虑,可以用复合导引的机制予以解释,其数学分析计算方法为分布傅里叶算法。从激光光束传输物理层面上考虑,是对激光光束的近场振幅控制予以控制,其数理基础则是激光光强放大的微分方程。对于高功率激光系统,则可用平行放大近似方程予以有效描述。激光光束的幅相联合校正控制,不仅可以用于提高激光的光束质量,还可以对于激光光束远场特性进行动态控制,得到所需的远场振幅或光强分布,使光束传输过程的影响得到消除。
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