大功率光纤激光模场自适应优化控制研究

来源 :国防科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shicyh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、性能稳定、结构紧凑等优点,在工业加工、医疗美容、国防科研等领域有着广阔的应用前景。但是受非线性效应、热效应、光纤端面损伤等物理因素的限制,单根光纤激光器输出功率有限;增大光纤纤芯直径能有效提高激光器输出功率,但由此带来的光束质量退化反而会降低激光亮度。基于自适应光学的光束净化技术已广泛应用于提高大功率固体激光器的光束质量,如果能将光束净化技术用于改善大功率光纤激光器的光束质量,会进一步拓展高亮度光纤激光的发展方向及应用领域。论文提出了大功率光纤激光模场自适应优化控制的概念,并对此进行了系统的分析与研究,主要包括以下内容:1、对用于提高激光亮度的各种大模场光纤进行了总结与分析,指出依靠特殊光纤设计等手段很难实现高亮度光纤激光输出;对比大功率光纤激光器与大功率固体激光器发展历程,类比提出将基于自适应光学的光束净化技术用于提高大功率光纤激光器的光束质量,不再只单纯关注光纤激光器设计,而是用主振荡功率放大器(MOPA)结构实现光纤激光器的高功率,用光束净化实现光纤激光器的高光束质量,通过两个系统解决目前光纤激光器无法同时实现高功率和高光束质量的问题。2、针对大功率光纤激光的光束净化,使用光束传播法和模式分析法计算了单MOPA结构的大模场光纤激光器和多MOPA光纤合束激光器的出射光场,分析了光场特性,指出这两种结构出射激光光场模式的一致性,即可使用光束净化技术改善光束质量,提高激光亮度。建立了大功率光纤激光模场自适应优化控制模型,对应用于光纤激光的光束净化系统进行了分析,确定了优化式自适应系统更适合用于光纤激光光束净化;光束净化系统采用随机并行梯度下降算法(SPGD),选择桶中功率(PIB)为算法的性能评价函数;建立了图形化用户界面仿真环境,对大功率光纤激光光场的模式控制进行系统的仿真。3、对单MOPA大模场光纤激光模场自适应优化控制进行了理论研究和实验验证。从单个高阶模入手,研究了光束净化系统空间分辨率、相位噪声、光强起伏等对光场净化效果的影响,得到了算法收敛对相位噪声等影响因素的容忍度。仿真结果表明,使用PIB作为性能评价函数能有效减少光强起伏对算法收敛性的影响;当相位噪声频率与算法迭代频率相近时,光束净化可以容忍均方差在π2rad范围内的相位噪声。实现了单个高阶模(LP11)的模式控制,远场PIB值由控制前的0.2增大至0.75,得到近衍射极限的远场光强分布;进行了多模光纤激光光束实验,将多模光场的PIB值由净化前的0.08提高至0.7,光强远场能量集中度提高9倍,验证了多模光纤激光光束净化的可行性。4、对多MOPA光纤合束激光器多模光场的自适应优化控制进行了理论研究和实验验证。分析了多MOPA光纤合束光场的锁相原理,证明了光纤合束的多模光场能够实现相位锁定和光束净化。以参数为105/125μm,NA=0.22的多模传能光纤为例,分析了耦合时光轴的离轴、倾斜等误差对能量耦合效率及光场模式的影响。实现了2路激光合束的多模光场相位锁定和光束净化,将多模光场的PIB值由净化前的0.2提高至0.71,光强远场能量集中度提高3.5倍,验证了多MOPA光纤合束结构的大功率光纤激光器光束净化的可行性。
其他文献
1935年11月,中央苏区创建的中华苏维埃共和国国家银行跟随中央红军经过长征到达陕北瓦窑堡。11月10日,中华苏维埃共和国中央执委会宣布在陕甘晋苏区设立苏维埃中央政府西北办
针对教学用双足步行机器人样机,建立五连杆物理模型,对前向运动进行分析,运用正运动学理论建立运动学方程,结合机器人样机实际参数,推导出该双足机器人各关节速度函数及重心
目的探讨尿液中上皮细胞和粘液丝对UF-50全自动尿沉渣分析仪测定管型结果的影响.方法用显微镜检查的上皮细胞、粘液丝、各种管型的尿液和正常尿液结果与UF-50尿沉渣仪测定结
本文阐述了法律文献资源的特点和法律文本特征,法律文献按照效力分为原始法律资源和二次法律资源。Westlaw Next数据库涵盖了美国、英国、欧盟、加拿大、香港等地的法律资料
一、案由我国是一个农业大国,“三农”问题在历年中央一号文件中出现,建立完善的医疗保障体系对改善农民的生活质量,提高农民的健康水平,促进农村经济的发展和社会的长冶久安,实现
互联网中的信息伴随着无序和杂乱,于是信息的整理和归类便显现出了重要性。文本分类技术应运而生,该技术旨在能够快速并准确地分类文本。文本分类是自然语言处理领域最为基础
美国9·11事件之后,左翼思想家齐泽克、阿甘本等都在积极思考该事件对美国政局及世界政治格局、政治生态的影响。阿甘本提出了生命政治、牲人和例外状态等政治学概念,使得
该文阐述了国内外主要土地覆盖分类系统及其土地覆盖产品在中国的表现,依据中国植被编码体系在M OD IS数据试验的基础上,对现有国内土地覆盖分类系统进行了重新设计,包括7大
在层数与高度恰当的情形下,框架结构所提供的建筑空间是非常大的,其具有较为灵活的平面布置,能够使多种使用功能和工艺的需求得到满足。然而为了使结构设计的质量得以保障,在
分布式光纤测温技术可以实现埋地管道泄漏的实时在线监测,但是目前国内外在微小泄漏识别、保温层破坏导致的温度异常、传感器位置与监测性能的关系等方面的研究仍不够完善。