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《高能激光器气动窗口光束质量评价方法探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第14卷 第2期强激光与粒子束Vol.14,No.22002年3月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMar.,2002文章编号:100124322(2002)0220193204X高能激光器气动窗口光束质量的评价方法探讨1112刘天华, 姜宗福, 刘泽金, 王云萍(1.国防科技大学理学院定向能技术研究所,湖南长沙410073;2.北京跟踪与通信技术研究所,北京100094) 摘 要:通过对高能激光器气动窗口的研究现状和应用需求的分析,指出建立一套气动窗口光束质量的评价方法是十分必要的。在分析气动窗口工作机理和现有激光光束质量评价因子的基础上,提出一种评价气动窗口
2、光束质量的方法,即用斯特列尔比来评价气动窗口的光束质量,并辅以相对衍射极限因子进行远场直观说明。分析表明,此种评价方法是可行的,并达到了不受限于气动窗口类别的光束质量评价的要求。 关键词:高能激光器; 气动窗口(ADW); 光束质量评价方法; 斯特列尔比 中图分类号:TN248;O354文献标识码:A 当高能激光器的功率很高(>10kW)或连续运转相对较长时间时,由于晶体输出窗口不可避免的部分吸收作用,晶体窗口就会产生热畸变,甚至炸裂,从而影响激光器输出激光的光束质量或使激光器根[1]本无法工作。而气动窗口利用气体对激光辐射的选择吸收作用,运用一定的气动原理,可以为激光器提供一个具有
3、一定压差的气幕,将外界大气和高能激光器气体介质相隔离,为激光器提供一个基本没有吸收的输出通道,从而保证高能激光器的正常运转。[1] 不同种类的气动窗口各有优缺点,但随着高能激光器的发展,对于连续波高能激光器,目前国内[1～3][4～6]外应用最广泛的主要有横向自由旋涡式气动窗口和轴(纵)向引射式气动窗口两种类型。而自由旋涡气动窗口适用于大口径激光输出,采用非对称Laval喷管技术,在理想情况下对输出激光的光束[1]质量的影响很小。自由旋涡气动窗口如果和与其所能密封的压力有一定偏离的激光器配合使用,也会带来一定的激光光束畸变。但是对于某一个特定的高能激光器来说,专门为其设计配备一套相应的自
4、由[7,8]旋气动窗口,从而避免其它形式气动窗口所带来的光束质量问题,是可取的。气动窗口首先应满足密封高能激光器低腔压的要求,还必须尽可能地减小对输出激光光束质量的影响,但是目前国际上还没有一套通用的气动窗口光束质量评测方法。因为气动窗口对光束质量的影响涉及到非均匀气流与激光的相互作用,而对激光光束质量本身的评价目前国际上还没有完全统一。本文试图提出一种不依赖于某种类别的气动窗口光束质量评价方法,从而为气动窗口的设计和测评提供参考依据。1 高能激光光束质量评价 由于激光的不同应用背景,人们提出了若干个激光光束质量评价因子,主要有远场发散角或衍射极2[9,10]限B因子、靶上(或桶中)功率
5、比BQ、斯特列尔比RS和M因子等。以上几个光束质量的定义各有优点和局限性,特别是对于强激光的评价来说,任何一种定义都是难以真正描述强激光的光束质量[11]的。B因子和BQ值一般适于强激光远场传输的能量耦合型应用,能整体上反映强激光光束质量,但对理想光束的选取上还存在着差异。RS所反映的是远场光轴上的峰值光强变化,却不能给出远场能量2分布情况。而M因子是国际标准化组织所建议采纳的激光光束质量评价标准,但是它以基模高斯光束作为理想光束,使其在强激光光束质量评价中难以胜任。 激光光束质量的评价主要是近场评价和远场评价,近场评价可以直接了解激光的相干性好坏,而远场评价对于其实际应用更为直观,特别
6、是对于强激光的远场能量应用来说更是如此。然而近场和远场并X收稿日期:2001206211;修订日期:2001210228基金项目:国防预研项目作者简介:刘天华(19742),男,博士,主要从事高能激光器件及气动光学研究;E2mail:liu.th@263.net。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.194 强激光与粒子束 第14卷不是孤立的,远场光束质量的好坏主要是由近场的振幅A(r,t)和波前<(r,t)来决定的。而气动窗口是激光器激光输出的一个
7、关键组件,它的设计可以与激光器的设计分立开来,虽然它能够保证高能激光器的正常工作,但是由于气动窗口工作气流一般是十分复杂的气动流场,各种光学不均匀性会对输出激光带来一定的波前畸变。因此必须找到一种气动窗口光束质量评价因子或者是一种评价方法,使远场评价和近场结构相关联,从而使其既能体现气动窗口对输出激光远场特性的影响,又能反映近场结构,这样才能真正客观地把握激光光束质量的好坏,并为气动窗口的设计提供依据。2 气动窗口光束质
