高能短脈沖激光技術(shù)的出現(xiàn),為極端條件下物質(zhì)特性的研究以及強場物理實驗提供了條件,國際上許多國家都在規(guī)劃數(shù)十PW、數(shù)百PW甚至EW激光系統(tǒng)的研制。然而由于工作物質(zhì)的物理特性、非線性效應、泵浦技術(shù)等因素的影響,單路高能短脈沖激光的輸出功率難以進一步提高,相干合成技術(shù)（將多路光束在遠場進行相干聚焦）是單路激光輸出能力受限條件下,獲得更高功率短脈沖激光輸出的有效途徑之一,國內(nèi)外許多高能短脈沖激光裝置中都規(guī)劃了多路激光的相干合成。本文針對高能短脈沖激光相干合成中的關鍵技術(shù)展開研究。對多路高能短脈沖激光相干合成的理論和系統(tǒng)進行了分析,實現(xiàn)了基于隨機并行梯度下降（SPGD）算法的兩路超短脈沖激光的相干合成,提出了一種新的基于小口徑反射鏡的大口徑陣列光柵拼接方法,分析了波前畸變對陣列光柵壓縮器輸出脈沖激光時空特性的影響。論文的主要研究內(nèi)容如下:1.對高能短脈沖激光相干合成的理論進行了研究,分析了振幅、同步誤差、指向性誤差、波前畸變、填充因子、偏振方向、色散對相干合成效果的影響,并基于相干合成的理論,對高能短脈沖激光裝置相干合成進行了系統(tǒng)分析。2.針對高能短脈沖激光裝置的特點,采用SPGD控制算法實現(xiàn)了... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

基于不同色散元件的光譜合成示意圖

圖 1.5 外差法實現(xiàn)相干合成的原理圖[77]Fig 1.5 The schematic of coherent beam combination based on heterodyne method多抖動法借鑒于傳統(tǒng)的自適應光學技術(shù)，由美國空軍實驗室提出[101]，其基本原理見圖 1.6(a)。激光器輸出的激光被分為 N 路，各路光束經(jīng)過射頻振蕩器和相位調(diào)制器進行不同頻率的信號載波，在頻域中將各路脈沖打上標簽。各路脈沖經(jīng)過分光鏡后被分成兩部分，其中一部分聚焦在帶針孔的光電探測器上，將探測到的信號通過圖 1.6(b)所示的解調(diào)電路分離出每一路的相位信號，并作為控制信號反饋給相位調(diào)制器，相位調(diào)制器對相位進行調(diào)整，就可以實現(xiàn)多路光束的相干合成。該方法的優(yōu)點是不需要額外的參考光束，只需要一個光電探測器就能實現(xiàn)多路光束相位的探測，但是其信號處理單元與控制單元相當復雜，載波頻率會隨著合成路數(shù)的增加變得很大，這會增加實現(xiàn)難度。另外，當系統(tǒng)中存在傾斜誤差時，也會對遠場信號產(chǎn)生影響，此時光電探測器的信號并不能真實的反映活塞相差的狀況，從而影響相差的控制。開展基于多抖動法的相干合成研究的主要單位除了美國空軍實驗室，還有美國馬里蘭大學[102]、法國航空航天實驗室[91,92,103]、國防科技大學[90]等。

圖 1.5 外差法實現(xiàn)相干合成的原理圖[77]Fig 1.5 The schematic of coherent beam combination based on heterodyne method多抖動法借鑒于傳統(tǒng)的自適應光學技術(shù)，由美國空軍實驗室提出[101]，其基本原理見圖 1.6(a)。激光器輸出的激光被分為 N 路，各路光束經(jīng)過射頻振蕩器和相位調(diào)制器進行不同頻率的信號載波，在頻域中將各路脈沖打上標簽。各路脈沖經(jīng)過分光鏡后被分成兩部分，其中一部分聚焦在帶針孔的光電探測器上，將探測到的信號通過圖 1.6(b)所示的解調(diào)電路分離出每一路的相位信號，并作為控制信號反饋給相位調(diào)制器，相位調(diào)制器對相位進行調(diào)整，就可以實現(xiàn)多路光束的相干合成。該方法的優(yōu)點是不需要額外的參考光束，只需要一個光電探測器就能實現(xiàn)多路光束相位的探測，但是其信號處理單元與控制單元相當復雜，載波頻率會隨著合成路數(shù)的增加變得很大，這會增加實現(xiàn)難度。另外，當系統(tǒng)中存在傾斜誤差時，也會對遠場信號產(chǎn)生影響，此時光電探測器的信號并不能真實的反映活塞相差的狀況，從而影響相差的控制。開展基于多抖動法的相干合成研究的主要單位除了美國空軍實驗室，還有美國馬里蘭大學[102]、法國航空航天實驗室[91,92,103]、國防科技大學[90]等。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國高功率固體激光技術(shù)發(fā)展中的兩次突破[J]. 魏曉峰,鄭萬國,張小民.  物理. 2018(02)
[2]拼接光柵五自由度并聯(lián)定位機構(gòu)設計[J]. 于福利,盧禮華,張慶春.  中國激光. 2018(01)
[3]高功率光纖激光光譜合成技術(shù)的研究進展[J]. 鄭也,楊依楓,趙翔,公維超,柏剛,張璟璞,劉愷,陳曉龍,趙純,漆云鳳,晉云霞,何兵,周軍.  中國激光. 2017(02)
[4]高功率光纖激光相干合成的現(xiàn)狀、趨勢與挑戰(zhàn)[J]. 王小林,周樸,粟榮濤,馬鵬飛,陶汝茂,馬閻星,許曉軍,劉澤金.  中國激光. 2017(02)
[5]全息光柵拼接系統(tǒng)中的像差補償法[J]. 錢國林,吳建宏,李朝明,陳新榮.  光學學報. 2017(03)
[6]大型激光裝置束間同步抖動的高精度測量[J]. 李志林,王逍,母杰,左言磊,周松,朱啟華,粟敬欽,周凱南,李天恩,劉紅忠.  強激光與粒子束. 2015(11)
[7]體布拉格光柵用于高功率光譜組束的研究[J]. 梁小寶,陳良明,李超,周泰斗,黃志華,趙磊,王建軍,景峰.  強激光與粒子束. 2015(07)
[8]激光相干偏振光束合成技術(shù)的研究進展[J]. 馬鵬飛,周樸,馬閻星,王小林,劉澤金.  激光與光電子學進展. 2012(07)
[9]高精度2×2陣列拼接光柵結(jié)構(gòu)設計[J]. 周憶,申超,張軍偉,王逍,周海.  強激光與粒子束. 2011(07)
[10]點目標成像自適應光學隨機并行梯度下降算法性能指標與收斂速度[J]. 陳波,楊慧珍,張金寶,李新陽,姜文漢.  光學學報. 2009(05)

博士論文
[1]大口徑精密光柵拼接系統(tǒng)研究[D]. 廖云飛.重慶大學 2015
[2]基于啁啾反轉(zhuǎn)和拼接光柵的激光脈沖高效壓縮技術(shù)研究[D]. 王逍.中國工程物理研究院 2013
[3]高能短脈沖激光相干合成技術(shù)研究[D]. 楊雨川.國防科學技術(shù)大學 2011

碩士論文
[1]大口徑陣列光柵拼接誤差控制技術(shù)研究[D]. 陳偉.重慶大學 2012
[2]精密位相主動控制技術(shù)研究[D]. 王德恩.中國工程物理研究院 2011
[3]多抖動法光纖MOPA鏈的相干合成[D]. 馬閻星.國防科學技術(shù)大學 2008
[4]基于像質(zhì)評價函數(shù)最優(yōu)化的自適應波前控制技術(shù)研究[D]. 龍學軍.國防科學技術(shù)大學 2006
[5]多層介質(zhì)膜光柵掩模槽形的控制與檢測[D]. 萬華.蘇州大學 2005



本文編號：3243074