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光谱激光合束技术国内外研究现状

时间:2018-09-13 15:34来源:毕业论文
光谱合束技术在很大程度上提高了高功率激光的光束质量,但目前仍存在许多问题亟需解决,为了提高输出功率,在额定波长范围内增加合束激光单元的数量,但在激光谱宽范围内,合

光谱合束技术在很大程度上提高了高功率激光的光束质量,但目前仍存在许多问题亟需解决,为了提高输出功率,在额定波长范围内增加合束激光单元的数量,但在激光谱宽范围内,合束激光单元的数量和功率提高有限。若通过选择长焦距变换透镜实现,则体积、装调难度和有效反馈量将成为影响合束光源可靠性及工业化生产的限制因素,因此必须通过其他方式来减小合束激光单元的波长间隔,如减小激光单元之间的空间间隔。28221
    合束激光的光束质量虽然已经提高,但和单个激光单元光束质量相比还存在一定差距。为了得到和激光单元一致的光束质量输出,还需要对透镜、光栅等光学元件的参数和特性作进行下一步的检测和研究
尽管光谱合束可以实现高功率激光输出,而且其光束质量接近单个激光单元光束质量,但目前高功率激光器采用宽条区的结构,使得其本身光束质量约为衍射极限的10倍。即使光谱合束能够达到单元光束质量水平,获得接近衍射极限的激光输出仍然存在困难。因此,获得高功率高光束质量激光光源的根本是发展具有高光束质量的高功率激光单元。  
由于常规激光合束机理对合束技术的限制,空间合束虽然增加了合束激光输出功率,但合束后整体光束质量降低,偏振合束和波长合束增加激光功率时不改变合束光束质量,但是提高倍数受到限制。
    国际上通过空间、偏振等常规激光合束技术,在高功率激光合束方面的研究进展十分迅速,德国和美国实现了高功率激光合束光源的商用化,其所研制的半导体激光光源,基于激光阵列的工作机理,通过光纤耦合实现合束,所得到的合束激光已经实现了数千瓦甚至上万瓦功率连续输出,可作为作为直接光源应用于表面硬化、激光焊接和激光熔覆等加工领域。其中研制的激光源光纤纤芯直径为400μm,其数值孔径为0.1,连续输出功率达到2000W,光束质量为2000mm•mrad,与功率条件下灯泵激光的光束质量水平相一致。基于激光单管的100μm芯径光纤耦合激光源的连续输出功率达到上百瓦水平。论文网
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    美国海军实验室研制出多光束非相干叠加光学发射系统,该系统采用光纤激光器,利用快速偏向反射镜控制各光束发射方向的方法,通过外场实地实验和计算机仿真模拟,得到了经长距离大气传输和聚焦后的光斑并对其特性进行了分析验证,最终得到了使所有激光束在目标靶面上精确叠加的结果。
    欧洲导弹集团对适用于反武器弹、反无人飞行系统的光纤激光光束非相干叠加发射系统进行了测试,并取得了成功。此实验系统的发射光学系统口径为600毫米,采用两镜反射式望远镜系统,该结构能够保证出射光束口径足够大,而且也避免了镜片吸收激光能量造成的影响。4支单模光纤激光器构成该系统的基本结构,每束激光通过该光学系统的不同孔径后在目标靶面处聚焦,可以通过快速偏向平面反射镜来调整各束激光的发射方向,用来消除激光器光束出射方向漂移、大气湍流等的影响。在德国武器试验场上,成功击毁了2千米外的飞行靶机目标。目前国外研究的非相干叠加激光系统,已经能够进入应用阶段,而我国关于激光合束方面的研究还很薄弱,目前成果不够完善。
    激光合束得到高功率输出并在各领域中的不断应用的同时还需要考虑到光束质量的测定,因此,我们需要提出评价和检测激光光束质量的有效方法。我们常用来表示光束质量的有光束衍射极限倍数因子 、远场发散角、聚焦光斑尺寸、环围能量(功率)比BQ和STREHL(斯特列尔比)。远场发散角可表示光束整体质量,但不能给出光场具体的空间分布,STREHL比只能反映焦斑中央峰值光强,无法表示光强的空间分布,应用具有局限性。当需要知道焦斑上的能量分布能否使得尽可能多的能量集中在光桶尺度内,此时应该用远场焦斑上的能量集中度来衡量光束质量,即BQ。若不考虑激光具体的光强分布,只要求能量传到远场一个特定的立体角内, 因子能够从本质上反映光束质量,且不因光学系统变换(例如聚焦和扩束)而改变,并且目前应用很广泛。而目前国外测量光束质量的分析仪器主要采用机械扫描法、CCD/CMOS面阵探测、和夏克-哈特曼方法。机械扫描法常用于大功率激光的测量,但是扫描较费时,仪器操作难度大,且缺乏对激光光束的综合分析。CCD面阵探测能够较好地反映光斑的功率密度,光强值可以用灰度值表示[5]。目前,国内关于光束质量测量的方法主要有分光束法、扫描探针法和幅带轮法,国外的光束质量测量仪器已经产品化,且各方面功能已趋于完善,易于操作测试。国内的测量仪器功能较少,操作起来难度较大,与国外现今的测量方法和仪器精密程度相比仍有较大差距。 光谱激光合束技术国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20180913/22989.html
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