神光_升级装置远场准直系统研究
惯性约束聚变激光驱动装置用光学元器件的研究进展

惯性约束聚变激光驱动装置用光学元器件的研究进展邵建达;戴亚平;许乔【摘要】介绍了为提高惯性约束聚变(ICF)激光驱动装置的光束质量和输出功率,我国在神光系列激光装置的建设、运行和性能提升方面开展的工作.综述了我国近年来ICF激光装置用光学元器件的重要研究进展.文中涉及了高纯金属铪和磷酸二氢钾(KDP)等原材料的制备和四大主材(钕玻璃、高纯度KDP、熔石英和KDP/高掺氘KDP(KDP/DKDP晶体)的熔炼、加工和生长.描述了元器件的冷加工(针对钕玻璃、白玻璃、KDP晶体)技术和镀膜技术(针对介质膜和化学膜).最后,给出了针对大口径光学元件工序检及终检开展的多项关键检测技术.文中介绍的关键技术与工艺满足了绝大部分光学元器件的需求,显著提升了光学元器件的研发和生产能力.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(024)012【总页数】7页(P2889-2895)【关键词】惯性约束核聚变(ICF)激光装置;光学元器件;材料制备;光学检测;综述【作者】邵建达;戴亚平;许乔【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621000;成都精密光学工程研究中心,四川成都610000【正文语种】中文【中图分类】TL632;TN305.2惯性约束聚变(Inertial Confinement,ICF)激光驱动装置是一项庞大、复杂且系统性极强的超大型光学工程,这个大型光学系统中包含片状玻璃放大器、反射镜、透镜、偏振元件、晶体、窗口以及衍射光学元件等各种性能的光学元器件。
以当前世界上规模最大、能量最强的激光器——美国国家点火装置(NIF)为例,它包含了大约7 500块大尺寸光学元件(直径在600~1 000 mm)和30 000块小尺寸光学元件[1]。
对用于ICF驱动的高功率激光装置而言,获得更高输出能量和功率的激光束一直是研究人员追求的目标。
LD激光束准直整形模块的研制

D evelopm en t of coll ima ting and shap ing m odule of LD la ser beam
ZHAN G X ian2liang1, YAN Gao 2sh i2
(1. N a tiona l In stitu te of M ea su rem en t and T esting T echno logy, Chengdu 610021, Ch ina; 2. Schoo l of O p toelectron ic Info rm a tion, U n iversity of E lectron ic Science and T echno logy of Ch ina, Chengdu 610054, Ch ina)
1
g+
Rn2
h
1- n R
(1 R
n) (g +
R
n2
h
+
1)
(3) 已知从A 点到 C 点的光线矢量变换为
y1
A 1 B 1 y0
=
(4)
Η1
C 1 D 1 Η0
出射高斯光束的束腰位于L 1 的焦点上时, 有:
y 0 = 0, Η1 = 0
(5)
根据折射面的近轴成像公式, L 1 焦距与 L 1 结
=
2Ξ0∥
A 3D 3- B 3C 3
A
2 3
Z
′20 +
B
2 3
1. 4 柱面透镜L 1 和L 2 的参数计算
(20)
1) 柱面透镜L 1 的曲率半径R
LD 激光器出射激光束经准直后, 子午方向的
超级工程之神光工程

神光Ⅱ: 1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动 了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。1994年,神光 -Ⅰ退役。神光-Ⅰ连续运行8年,在激光惯性约束核聚变和X射线激 光等前沿领域取得了一批国际一流水平的物理成果。1994年5月18 日,神光Ⅱ装置立项,工程正式启动,规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍。 神光Ⅱ装置采用了国产高性能元器件,独立自主解决了一系列的科 学技术难题,达到国际最先进的高功率固体激光驱动器水平,实现 我国这一领域新的跨越。该系统由激光器系统、靶场系统、能源系 统、光路自动准直系统、激光参数测量系统以及环境、质量保障等 系统组成,集成了数百台套的各类激光单元或组件,在空间排成8 路激光放大链,每路终端输出激光净口径φ230mm,具有1ns、 100ps两种脉宽,1.053μm、0.53μm、0.35μm3种波长, 1.053μm波长1ns脉冲下输出能量达到6KJ,技术参数与当今世界上 最先进的在运行的OMEGA装置相当。 神光Ⅱ装置使用了大量的高精尖的材料,如激光玻璃、激光
我国激光武器的地位:
“神光”出世:我激光武器世界排名前5 “神光二号”的问世,标志我国高功率激光科研和激光核聚变 研究已进入世界先进行列。目前,如此精密的巨型激光器只有美 国、日本等少数国家能建造。“神光二号”的总体技术性能已进 入世界前5位。
晶体、非线性晶体(特别是大尺寸KDP晶体),促进了许多 相关技术发展,如大尺寸高质量晶体生长技术、精密光学加 工与检验技术,精密机械、快速电子学、控制电子学、二元 光学技术等。投入使用后,不仅用于惯性约束聚变研究,而 且还进行了诸多其他领域实验工作。 神光Ⅱ装置采用了国产高性能元器件,独立自主解决了一系 列的科学技术难题,达到国际最先进的高功率固体激光驱动 器水平,实现我国这一领域新的跨越。该系统由激光器系统、 靶场系统、能源系统、光路自动准直系统、激光参数测量系 统以及环境、质量保障等系统组成,集成了数百台套的各类 激光单元或组件,在空间排成8路激光放大链,每路终端输 出激光净口径φ230mm,具有1ns、100ps两种脉宽,神光Ⅱ 装置使用了大量的高精尖的材料,如激光玻璃、激光晶体、 发展,如大尺寸高质量晶体生长技术、精密光学加工与检验 技术,精密机械、快速电子学、控制电子学、二元光学技术 等。投入使用后,不仅用于惯性约束聚变研究,而且还进行 了诸多其他领域实验工作。
半导体激光束准直系统的研究

第20卷 第1期1999年应 用 光 学V ol.20,No.11999半导体激光束准直系统的研究X王秀琳 黄文财 郭福源(福建师范大学激光研究所,福州,350007)【摘要】 根据二维高斯光束的传输与变换特性,从波像差理论出发,合理设计半导体激光束的准直物镜,并利用几何光学方法推导出正确的校正像散及旋转对称化变换的计算公式。
关键词 半导体激光束 准直 校正像散 旋转对称化引言随着半导体激光器技术的不断发展,半导体激光器已逐步取代He-Ne激光器,广泛应用于各个领域。
但由于半导体激光器输出光束为像散椭圆高斯光束,必须经过校正像散后获得共腰椭圆高斯光束才可应用。
在科研、准直等应用领域中,要求光束为圆光斑高斯光束,才能取代He-Ne激光器。
因此,必须对校正像散后的光束进行旋转对称化。
本文通过详细分析半导体激光束束内功率的分布特性,确定准直物镜的数值孔径,合理设计准直物镜的光学结构及参数,利用几何光学方法正确推导出实现像散校正的柱面透镜的焦距计算公式,并从理论上分析了柱面透镜位于准直物镜之前和之后两种校正像散方案的优缺点。
最后采用结构简单的棱镜实现椭圆光斑旋转对称化。
1 半导体激光束准直系统1.1 半导体激光束经圆形光孔的耦合效率半导体激光器输出的光束为像散椭圆高斯光束,如图1所示。
弧矢平面的曲线被旋转90°后绘制于子午平面上,其光强分布为I=I0ex p-2x2X2s+y2X2t(1)式中,I0为光阑面上光束中心点强度;X s、X t 分别为弧矢和子午方向上光束半径。
图1 半导体激光束特性示意图由(1)式可知,半导体激光束半强度处的全宽度角H1/2与远场发散角H0=K/P X0的关系如下:H0=H1/2/2ln2(2) 在高斯光束传播过程,远场区X=Z・H0,则子午和弧矢方向上光束半径之比X t/X s 可由子午和弧矢方向上半强度处全宽度角之1X福建省自然科学基金资助项目比H 1/2,t /H 1/2,s =m 来描述:X t /X s =m(3) 一般光学仪器的通光孔呈圆形,在极坐标系下,x =r cos H ,y =r sin H ,(1)式简化为I =I 0ex p[-2k 2(m cos 2H +1msin 2H )](4)式中,r 0为等效光束半径;r 0=X s X t ;k 为通光孔半径与等效光束半径之比,k =r /r 0。
我国惯性约束聚变领域中的波前控制技术

DOI: 10.12086/oee.2020.200344我国惯性约束聚变领域中的波前控制技术李恩德1,2,3,杨泽平1,2,3*,官春林1,2,张小军1,2,凡木文1,2,施宁平1,2,魏凌1,2,龙国云1,2,31中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都 610209;2中国科学院光电技术研究所,四川成都 6102093中国科学院大学,北京 100049摘要:在惯性约束聚变(ICF)高功率激光装置中,自适应光学波前控制技术是确保装置安全顺畅通光以及光束质量达标的关键技术之一。
本文介绍了我国ICF激光装置中波前控制技术从概念的提出到大规模应用的研究和发展历程,重点介绍了在装置不同发展阶段针对装置的需求所研究和发展的关键系统技术,包括基于远场焦斑优化的爬山法波前控制技术、基于双波前传感器数据融合的全装置波前控制技术,以及旋转腔激光装置结构中基于双变形镜的全系统波前控制技术,并介绍了相关技术在装置上的应用结果。
关键词:自适应光学;神光-III主机装置;惯性约束聚变;波前校正中图分类号:O439;TN24 文献标志码:A引用格式:李恩德,杨泽平,官春林,等. 我国惯性约束聚变领域中的波前控制技术[J]. 光电工程,2020,47(10): 200344 Wavefront control technology for ICF facility in ChinaLi Ende1,2,3, Yang Zeping1,2,3*, Guan Chunlin1,2, Zhang Xiaojun1,2, Fan Muwen1,2,Shi Ningping1,2, Wei Ling1,2, Long Guoyun1,2,31Key Laboratory of Adaptive Optics, Chinese Academy of Science, Chengdu, Sichuan 610209, China;2Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Science, Chengdu, Sichuan 610209, China;3University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, ChinaAbstract: In the high-power laser system for inertial confinement fusion, wavefront control is one of the key tech-nologies for the laser system to ensure it operates safely and reaches the beam quality criteria. In this article, the development of the wavefront control technology from its first being putting forward for the ICF laser system to its application in the latest ICF laser system in China was introduced. During the development of the ICF facilities, the wavefront control methods are varying to satisfy the varied demands promoted by these facilities. Based on different facilities, the methods and the application results are illustrated, including the climbing wavefront method for far-field spot optimization, the full-facility wavefront control method based on the data fusion acquired from two wavefront sensors, and the full-system wavefront control method with bi-deformed mirrors in the rotation chamber laser struc-ture.——————————————————收稿日期:2020-08-30;收到修改稿日期:2020-09-29基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(A类)资助(XDA25020316)作者简介:李恩德(1976-),男,博士,副研究员,主要从事自适应光学的研究。
神光-Ⅲ3ω光路自动准直系统设计

@ 20 Si ehEgg 07 c Tc. nn. .
神光一 t 光路 自动准直系统设计 m3o
王 国富 陈 良益 何俊 华 ,
( 中国科学院西安 光学精密机械研究所。西安 7 06 ; , 10 8 中国科学 院研究生院 , 北京 10 3 0 09)
摘 要 介绍了 某大型激光 ∞光源 自 器3 动准直系统的设计与实现 , 分析 了系统的工作原理 , 阐述 了系统的控制 算法和软件控制流程。该系统具有开发周期短, 可靠性高等优点。 关键词 大型激 光器 3 o光源 自动准直 控制算法
CAD, CAM。Ema l wa g u t l 1 3 c r 。 i: n h s l @ 6 . o n
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科
学
技
术
与
工
程
7卷
光学近远场调整两块反射镜 , 使一段激光束得 以调
> [ =
L 微域 镜
c c D
整。光路 自动 准直 系统 应包 括 如 下 几项 关 键 技术 : 选 取准直 调整 光源 , 建立 光路 准直参 考基 准 , 设计 采
二维镜 架调整 算法 。
图1 3 t 0光源光学 系统示意 图
1 系统设计要求
采样 光路 尽量 和诊断 系统 、 自适 应 系统共 用 , 利
光路 自 动准直系统的 目标是利用计算机、 步进 电机、 光学采样系统、 C C D摄像机 和监视器等组成 的闭 环调控 监视 系统 , 不 影 响 主光 路 的前 提 下 设 在 置光束近场和远场 的基准和探测点 , 准确、 快速、 并
因此 , 激 光 装 置新 的发 射前 , 要 重 新 校 正 。 在 需
光路 自动准直 的任务就是通过逐段检测光束位置和 方 向的误 差 , 反馈控 制调 整光路 中的反 射镜 , 由前 向 后依次调整直至靶点 , 使各路光束恢复到原定光路 上。其主要难点在于如何在不影响主光路的情况下 获得激光束的位置和方向的误差信号, 设计合适 的
上海光机所“神光Ⅱ多功能高能激光系统”项目通过阶段验收

我 国中远 红外波 段半 导体激 光器
很难得 以发展 和获得 应用 ,而量
子级联 激光器 其激射 波长 与半 导 体 材 料 带 隙 无 关 .且 输 出 功 率 大 、特征温度 高 。它 的 问世 是 中 逭红 外波段半 导体激 光器 研制 的
项 目进 行 了 “ 五 ” 阶段 验 收 十
该 研 究所 格 哈 德 ・ 姆普 教授 领 雷 导 的课题 组发现 的。在此之前 , 科 学 家虽然 能捕捉 和观察 带 电荷 的 原 子 即离 子 ,但 对 中性 原子 则无
法 控制 和观察 。这是 因为控 制原 子 的过程 非 常困难 .温度 升高 千
科 学家 在这个 实验 系统 中设
置 了 2个 相 距 仅 01m 的平 行 . m
镜 子 ,用微 弱 的激光 通过镜 面夹
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S n c e
合 同规定 的技术 指标 。 ( 03) N. 0 观 察 到 了 偏 振 光 栅 自成 像 的 不
作用 又 回落 , 持续上 下 . 进入 所谓
的振 动器状态
值) .p R ) ,43 s( MS ,近场 填充 因 子 优 于 6 % . 激 光 角 漂 约 2 0 ” ( MS 基 频远 场 分布 达 到 5倍 R ), 衍 射 极 限 (0 7 %能 量 ) ,二 倍 频 效 率约 6 %。以上指 标均 已达到 0
激光 器 自动 开关提高 光子 的打击
强度 .这样 就能控制 原子 处于振
动器 状态 。虽然原 子滞 留的时 间 非 常短 . 只有 0 . 科学家 已经 . S但 2 能够实 时观察 到原子 的振动 。令
高功率激光驱动器光束自动准直目标定位算法

远 场决 定激 光束 指 向 , 近 场决 定激 光 束偏 离 。光路 调整 是 通过 调整设 置 在光 路 中的反 射镜 实现 的 , 而 光路 与基
准 的偏 差是 通过 设 置在光 路 中 的 C C D 机控 制 系统 自动 调 整反 射镜 角 度来 进 行 光路 调 节 的 。如 图 1所 示 , 光 路 自动准 直环 节 主要 包括 光学 采样 、 图像采 集 、 计算 机处 理 以及伺 服 反射 镜 。激光 束 的近场 和远 场通 过光 束取样 成像 到 图像 采 集 C C D上 , 计 算机 通过 图像 卡读 取 C C D采集 到 的光 学 图像 , 结 合 图像 处理技 术计 算 出光束 近场 和远 场 的位 置 与基 准位 置 的偏差 , 从 而解算 出伺服 反 射镜 的步 进 电机转 动 的步数 和 方 向。准 确 、 快 速地 完成 高功 率激
言, 元 器 件位 置虽 然 已 固定 , 但 由于存 在 温度 变 化 、 反 射镜 机 械 结构 蠕 变 、 地基 和 支 撑框 架 微 振 动 、 振 荡 器 输 出
光束 方 向漂移 和其 他 随机 因素 的影 响 , 光束 通常 会偏 离原 来 光 路 , 因 此每 次 在发 射 前 , 需要 对 激 光 器 的光 路进 行 快 速校 准 ] 。光 路 自动准 直 的任务 就是 通 过逐 段检 测 光束 位 置 和方 向的偏 差 , 由前 向后 依 次 调 整光 路 中的 反 射镜 , 使 各路 光 束恢 复到 原定 光路 上 。其 主要 难点 是在 不 影 响主 光 路 的情 况 下准 确 获得 激 光 光束 的真 实位 置的误 差 信号 , 为后 续 电机 调整 提供 准确 数据 ] 。本文 针对 高 功率 激光 系统 中光路 自动准 直环 节 中的 图像处 理 与识 别 方 面提 出 了一种 快 速 高精度 的 目标 识别 方法 , 采 用 变结 构 元 广 义形 态 学边 缘检 测 算 法 和 多项 式 插值 算法 , 通 过对 光路 中光 斑 的快 速定 位 , 准确 快速 地获 得光 路 中激 光光束 的实 际信息 。
潮籍院士风采

■題膀士面索CHAO Jl YUAN SHI FENG CAI(1929—2014)我国第一代多金属重整催化剂奠基人物理化学家,中国科学院院士。
男,1929年10月出生于广东汕头,1952年毕业于浙江大学。
曾任中国科学院大连化学物理研究所研究员、学术委员会主任。
2014年病故。
究领域长期从事金属催化研究工作。
主要成就20世纪60年代,研制出加氢异构裂化催化剂及工艺,缓解了当时国内航空煤油短缺的严重问题。
20世纪70年代,与石油部合作研制出我国第一代多金属重整催化剂。
20世纪80年代研制出长链烷烃脱氢催化剂和生产洗涤剂原料。
在催化剂制备科学、烃类转化、C1化学及甲烷转化方面提出了创新性的概念。
其中比较重要的有20世纪60年代提出的“电子酸性催化剂金属担体相互作用规律”和20世纪90年代提出的担载型双金属催化剂的“夹心模型”。
为控制飞船升空后飞行轨道和返回舱回地面时的姿态的分解催化剂研制倾注了大量心血,所培养的学生目前承担起我国载人航天工程催化剂的研制工作。
带领课题组研制成功的催化剂,有的是达到国际先进水平,有的替代了原从美国公司引进的催化剂。
关荣誉曾11次获得国家、省部级成果奖。
1978年获全国科学大会奖;1979年荣获“全国劳动模范”光荣称号;1993年当选中国科学院院士;1998年获何梁何利基金奖。
題膀土面荒_______________CHAO Jl YUAN SHI FENG CAI妹專琪(1942—2018)我国高功率激光技术学科带头人高功率激光技术专家,中国科学院院士。
男,原籍广东潮阳,1942年6月出生于北京,1964年毕业于中国科技大学,后在中国科学院研究生院读研究生,1980年5月至1982年8月为英国卢瑟福实验室中心激光部访问学者。
1964年9月至今在中国科学院上海光机所工作,历任研究员、博士生导师、高功率激光物理国家实验室总师、国家高技术863-804主题专家组专家、“神光高功率激光系列装置的研究与发展”创新项目负责人等。
用于高功率激光装置的光路准直集成装置及准直方法[发明专利]
![用于高功率激光装置的光路准直集成装置及准直方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6f765cdb83c4bb4cf6ecd1c4.png)
专利名称:用于高功率激光装置的光路准直集成装置及准直方法
专利类型:发明专利
发明人:高妍琦,刘代中,彭增云,朱宝强,曹兆栋,杨学东,马伟新,朱俭,戴亚平
申请号:CN201110350586.0
申请日:20111108
公开号:CN102354055A
公开日:
20120215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种用于高功率激光装置的光路准直集成装置及准直方法,它是在空间滤波器小孔面附近放置一块刻有基准的透射光栅;用发光二极管和照明准直透镜产生的平行非相干照明光源,以特定角度照射透射光栅;把取样光路置于透射光栅的一级衍射光方向构成光束信息监测器,该光束信息监测器同时获取光束的近场和远场信息,光束信息检测器的输出接到计算机上,通过图像处理技术确定光束的近场和远场相对于各自设定位置的偏差值,根据各自的偏差值选择对应的近场和远场调整器件,调节光路准直。
本发明具有集成化、模块化、结构简单和精度高的特点,能满足高功率激光装置对于大口径光束准直的监测需求。
申请人:上海激光等离子体研究所
地址:201800 上海市嘉定区城中路197号
国籍:CN
代理机构:上海新天专利代理有限公司
代理人:张泽纯
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跨尺度矢量光场时空调控验证装置(地方配套)项目

跨尺度矢量光场时空调控验证装置(地方配套)项目
摘要:
一、项目背景
二、项目简介
三、关键技术
四、应用领域
五、项目进展
六、未来展望
正文:
跨尺度矢量光场时空调控验证装置(地方配套)项目是我国在光学领域的一项重要研究。
该项目旨在通过研究矢量光场的时空调控技术,为我国的光学技术发展做出贡献。
项目简介显示,矢量光场时空调控验证装置是一种能够对矢量光场进行时间和空间调制的设备。
该装置采用了先进的技术,能够实现对光场的精确控制,从而为光学研究和应用提供了新的可能。
关键技术包括矢量光场生成技术、时空调控技术和验证技术。
矢量光场生成技术能够产生具有特定空间和时间分布的光场;时空调控技术能够精确控制光场的时间和空间分布;验证技术则能够对光场的调制效果进行验证。
该项目的主要应用领域是光学研究和光学应用。
通过该项目的技术,可以提高我国光学研究的水平,推动光学技术的发展。
此外,该技术还可以应用于光学通信、光学计算、光学存储等领域,为我国的科技进步做出贡献。
项目进展顺利,已经取得了重要的研究成果。
在未来,该项目将继续深入研究矢量光场时空调控技术,推动我国光学技术的发展。
激光光束实时监测与自动准直系统设计

第28卷 第8期光 学 学 报Vol.28,No.82008年8月ACTA OP TICA SINICAAugust ,2008文章编号:025322239(2008)0821590206激光光束实时监测与自动准直系统设计尉鹏飞1,2 刘 军1 李晓芳1 陈晓伟1 刘 鹏1 李儒新1 徐至展1(1中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海201800;2中国科学院研究生院,北京100049)摘要 设计了一个激光光斑实时监测与光路自动准直装置,能够实时监测激光光斑并自动准直激光输出方向。
基于透镜成像原理,使用CCD 探测器获得光斑的二维成像,并根据两点确定一条直线原理和使用压电陶瓷电动调整架实现光路自动准直;监测控制程序采用虚拟仪器开发软件Lab View 编写,可以实时监测激光光斑模式与光斑位置抖动情况,并进行反馈控制。
经测试,设计装置的调整精度达0.5μrad ,反馈控制频率约1Hz ,完全可降低或消除抖动周期在1s 以上的光斑飘移。
关键词 光学设计;实时监测;自动准直;程控中图分类号 TP242;TP273.2 文献标识码 A doi :10.3788/AOS20082808.1590Des i g n of L as e r B ea m Real 2Ti me Moni t ori n g a n d A dap t i veColli m a t i o n S ys t e mWei Pengfei 1,2 Liu J un 1 Li Xiaofang 1 Chen Xiaowei 1 Liu Peng 1 Li Ruxin 1 Xu Zhizhan 11St a te Key L abor a tor y of High Fiel d L aser Physics ,S ha nghai Instit ute of Op tics a n d Fi ne Mecha nics ,Chi nese Aca dem y of sciences ,S ha nghai 201800,Chi n a2Gr a d ua te U niversit y of Chi nese Aca dem y of Scie nces ,Beiji ng 100049,Chi n aAbs t r act A new device is developed for real 2time monitoring of laser beam quality and adaptive collimating of laser beam direction.Based on lens imaging p rinciple ,the device is composed of one CCD camera for two 2dimensional imaging of laser spot and two piezoelect rically drived mirrors to correct laser beam shift by the p rinciple of two points exactly defining a line in space.The adaptive cont rol is performed through a home 2made comp uter p rogram using Lab View software.The system can collimate the beam direction in a resolution of 0.5μrad and 1Hz adjusting f requency ,and correct the laser spot shift of period above 1s.Key w or ds otpical system design ;real 2time monitoring ;adaptive collimation ;p rogram cont rol 收稿日期:2007211212;收到修改稿日期:2008203227基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KGCX 2YW 241722)、国家基金重点项目(2006CB806001)和上海市浦江人才计划项目(07pj14091)资助课题。
一种激光连续变倍准直扩束系统的设计

一种激光连续变倍准直扩束系统的设计黄耀林;王敏;寇远凤【摘要】介绍了国内外激光扩束系统的研究现状,阐述了低倍率扩束系统设计原理,选用没有内部焦点的倒置伽利略式望远镜系统结构设计了一个无焦变倍的激光扩束准直系统.在Zemax软件中实现变倍扩束系统初始结构的设计,基于Zemax的REAY优化函数对光学系统中透镜的曲率半径和间距进行优化,实现5~25倍的连续变倍激光扩束.不同倍率下的波像差最大均方根值均小于λ/40,设计结果满足像质要求.经工艺分析,该设计符合加工的工艺要求,系统结构简单,具有实际应用价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P38-43)【关键词】无焦变倍;激光扩束;Zemax;优化设计;波像差【作者】黄耀林;王敏;寇远凤【作者单位】福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TN249引言由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点[1],激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用。
在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束,尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作,因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类[2-4]。
第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。
由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束,而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度。
所以此类系统适合大倍率扩束的应用。
泰景四号03卫星

泰景四号03卫星
姜秀鹏
【期刊名称】《卫星应用》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】2024年1月23日,泰景四号03卫星在酒泉卫星发射中心通过力箭一号Y3运载火箭成功发射。
该卫星是微纳星空自主研制的高分辨率平板式合成孔径雷达(SAR)成像卫星,也是国内首颗商业Ku频段相控阵雷达成像卫星。
泰景四号03卫星运行在530km太阳同步轨道,轨道倾角97.5°,整星质量228kg,设计寿命5年,数传最高码速率1.2Gbit/s×2。
卫星分辨率达亚米级,天线体制为有源二维扫描相控阵体制。
具备滑聚模式1m×1m@10km×20km、条带模式2m@15km、扫描模式10m@60km等多种成像模式,单轨成像时长3min。
同时相对较强穿透力的X频段,Ku频段频率高,成像细腻。
卫星为平板式构型,可实现多星堆叠发射,为大规模卫星组网发射奠定基础。
【总页数】1页(PF0004)
【作者】姜秀鹏
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.我国成功发射“创新”一号03星和“试验”四号卫星
2.我国成功发射试验四号和创新一号03卫星
3.长征二号丁运载火箭成功发射高景一号03、04卫星
4.“长征”四号C发射“高分”三号03星
5.“长征”四号C成功发射“遥感”三十三号03星
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位置和基准的高精度离轴取样 . 为了实现用光 栅 提 供 系 统 绝 对 基 准 的 功 能, 在 我们采用选择性的刻蚀与不刻 光栅的制作过程中, 蚀一定区域, 制 作 出 如 图 2 ( a ) 所 示 的 光 栅, 图中 4 个小圆点为非 刻 蚀 区, 其 他 为 刻 蚀 区. 利 用 其 1 级 衍射光进行成像后, 会 得 到 如 图 2 ( b) 所 示 的 效 果. 刻蚀区有衍射能量 进 入 成 像 系 统, 其像面表现为亮 区, 非刻蚀区因不产生衍射, 其像面表现为暗区 . 我 们把处于 对 角 线 位 置 的 两 组 小 圆 圆 心 构 成 的 直 线 交点作为远场的绝对基准点 . 图 3 给出了远场取样系统的设计原理图, 实线表 示主激光及其衍射光, 虚线表 示 LED 照 明 光 及 其 衍 射光 . 为了实现主激光焦斑和绝对基准的同时成像, 必须使主激光 1 级衍射光和照明光 1 级衍射光方向 完全重合, 同时必须满足成像质量的要求 . 这就要求 选取合适的照明光源和光栅参数 . 考虑到系 统 对 成 像质量和 光 束 方 向 性 的 要 求, 我们选用中心波长为 940 nm , 功率为 1 W 的 LED 作为光栅基准的照明光 源 . LED 光源具有窄带 、 非相干性的 特 点, 能很好满 足系统的要求 . 光栅选用 322 刻线, 即栅距为 3. 1 μm 的透射式衍射光栅 . 光栅的衍射公式为 d ( sin θ o ± sin θ i ) = k λ , (1) λm d d 为栅距 . 对于主激 其中 θ i 为入射角, θ o 为衍射角, 光, 其入射角 θ im = 0 , 对应的衍射角 θ o m = arcsin
殊设计的光栅, 利用光栅的衍射特性, 实现对远场的 在线取样;同时, 光栅刻有定位基准, 可以在光致二极 管( LED ) 照明系统和成像系统的帮助下给出系统的 远场绝对基准 . 通过反馈控制系统调整远场 控 制 反 射镜 M 2 , 使焦斑的中心和光栅的基准中心重合, 即完 成远场准直 . 以上过程均基于同一个前提:光栅基准 中心和滤波小孔中心完全重合 .
[16 , 18]
和国家点 火 装 置 NIF
[7] [10 , 11]
[3 — 6]
、 法国的兆
焦耳 级 激 光 装 置 LMJ 以及神光 Ⅲ 装置
、 我国的神光Ⅱ升级装 , 正在向模块化 、 智能化
的方向发展 . 自 动 准 直 系 统, 尤其是远场自动准直 是保证该类型驱动器正常运行的关键子系 系统, 统 . 远场准直系统的精度和可靠性不仅是保证打靶 精度的关键 所 在 要因素 . 为了满足神光 Ⅱ 升 级 装 置 的 设 计 要 求, 我们摒 的 准 直 方 式, 利用光 弃了神光 Ⅱ 原有的“以动 制 动 ” 栅的衍射特性, 设计 并 实 现 了 基 于 光 栅 取 样 的 全 新 模块化的远 场 准 直 系 统 . 本 文 首 先 介 绍 了 此 系 的、
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物 理 学 报
Acta Phys. Sin.
Vol. 60 ,No. 6 ( 2011 )
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= arcsin
1. 053 1
求得 LED 照 明 光 入 射 角 θ iz = arcsin ( -
λ LED - d
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Acta Phys. Sin.
Vol. 60 ,No. 6 ( 2011 )
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神光 Ⅱ 升级装置远场准直系统研究
高妍琦 朱宝强
*
刘代中 彭增云 林尊琪
201800 )
( 中国科学院上海光学精密机械研究所, 高功率激光物理联合实验室, 上海 ( 2010 年 6 月 30 日收到;2010 年 8 月 9 日收到修改稿)
图1
准直系统
系统准直可以分为 5 个步骤进行 . 1 ) 确 定 光 栅 基 准 位 置, 作为系统远场绝对基 通过调 节 准 . 利用 LED 照明和远场成像系统取样, 光栅基准位置使光栅基准和系统光轴重合 . 2 ) 调整小孔中心和光栅基准重合 . 小孔板安装 调节小孔板位置使主激 于微米级二维移动 平 台 上, 插 入 凸 反 镜, 利用其反射光 光焦点通过 滤 波 小 孔, 背向照明小孔,小孔投影通过取样光栅衍射并进入 成像系统, 此时再次 调 节 移 动 平 台 使 小 孔 中 心 和 光 栅基准精确重合 . 以上两步只在 系 统 初 始 安 装 时 进 行, 系统正常 运行时不需再作调整 . 3 ) 调整 M 1 , 使光束中心和近场基准重合 . 4 ) 调整 M 2 , 使 光 束 焦 斑 中 心 和 远 场 基 准 重 合. 正常运行时, 调整 M 2 之 前 需 先 移 入 光 栅, 使光栅精 确复位 . 5 ) 移出取样光栅, 准直完成 . 从以上描述可 以 看 出, 该系统中的关键技术包 括刻有基准的取样 光 栅 、 离轴照明成像系统和光栅 的高精度重复定位 . 2. 2. 远场取样系统 远场取样系统 是 上 述 系 统 的 核 心 所 在, 其功能 实现远场焦斑 主要包括提供系统 的 远 场 绝 对 基 准 、
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http : / / wulixb. iphy. ac. cn
物 理 学 报
Acta Phys. Sin.
Vol. 60 ,No. 6 ( 2011 )
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步骤, 其余 3 级均与此类似 . 图 1 给出了 神 光Ⅱ升 级 装置预放系统第一级空间滤波器的准直示 意 图 . 由 M 2 反 射 后, 再生放大器输出的光束经反射 镜 M 1 , 经 取样板, 进入 空 间 滤 波 器 . 空 间 滤 波 器 过近场基准 、 的共焦面上放置滤波小孔, 用于滤除光束近场的高频 改善近场质量, 从而抑制小尺度自聚焦, 同时隔 成分, 离杂散光和背向反射光 . 在小孔板前方放置 经 过 特
[8 , 9] [1 , 2]
2. 远场准直系统
在高功率激光 系 统 中, 光束远场通常指的是光 束经过透镜会聚之后的焦斑 . 远场的横向位置信息 对应于光束的指向信息 . 远场的控制精度和稳定性 直接决定 光 束 到 达 靶 室 中 靶 球 处 的 打 靶 精 度 . 同 时, 空间滤波器中的 远 场 控 制 精 度 与 光 束 近 场 和 远 场质量有着密切的关系 . 空间滤波器在现代高功率 固体激光系统中发 挥 着 极 其 重 要 的 作 用:抑 制 小 尺 度自聚焦 、 实现像传递 、 抑制寄生振荡等
用于实现光束调整的自动准直系统不仅是保证高功率激光装置高效 、 安全 、 可 靠 运 行 的 关 键 子 系 统, 同时也是 保证光束近场和远场质量的关键要素之一 . 通 过 巧 妙 的 光 栅 制 作 和 照 明 成 像 系 统 设 计 , 实 现 了 高 精 度、 模块化的 远场准直系统 . 其特点在于利用光栅的衍射特性, 实现了 远 场 焦 斑 和 基 准 的 同 时 离 轴 取 样 . 此 系 统 在 神 光 Ⅱ 升 级 装置预放系统的实验结果表明, 其光栅基准的复位精度优于 8 μ m , 准直过程中基准的抖动低于 0. 59 μ m ;准直完成 焦斑中心和基准中心的最大偏差优于 10 μ m. 此系统在 实 现 了 高 精 度 取 样 、 准 直 的 前 提 下, 不仅降低了对成像 后, 系统稳定性的要求, 同时节省了巨大空间, 为保证神光 Ⅱ 升 级 装 置 的 顺 利 研 制, 以 及 实 现 整 个 系 统 的 集 成 化、 模块 化提供了有力支撑 .
该系 统 放 大 倍 率 为 1 , 由斜成像条件可计算出其倾 斜角 β = θ o = 19. 86°. 图 5 所 示 为 远 场 取 样 系 统 中 空间滤波器内部的实物照片 .
图5
远场取样系统实物照片
3. 实验结果
图4 远场成像系统原理示意图
利用上述系统, 我们实现了神光Ⅱ升级装置预
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激光聚 变 研 究 的 不 断 深 入 对 高 功 率 固 体 激 光 由于高功率 驱动器提出了 越 来 越 高 的 要 求 . 同 时, 固体激光 器 的 功 率 不 断 提 高, 系 统 结 构 更 加 复 杂, 人们对其 可 靠 性 以 及 可 操 作 和 易 维 护 上 也 提 出 了 如美国的 越来越 高 的 要 求 . 新 一 代 激 光 驱 动 器, OMEGA-EP 置
即其 - 1 级衍射角 θ o z 必须等于 19. 86 ° ,可 光耦合,
sin θ o z ) = - 40. 01 ° . 光栅刻蚀深度选为 150 nm.
图2
远场取样光栅
( a ) 设计图,( b ) 实验所得结果
图3
远场取样系统原理示意图
图 4 给出了远场成像系统的设计原理图 . 本系 分 为 前 组 和 后 组. 前 组 由 成 像 统采用双远心 光 路, 物镜组 、 远 心 光 阑 和 导 光 反 射 镜 组 成, 位于空间滤 目镜组和电荷 波器真空室 内; 后 组 由 导 光 反 射 镜 、 耦合器件( CCD ) 构 成, 位 于 空 间 滤 波 器 外 部. 由 于 该系统 为 斜 成 像 系 统, 物面不垂直于成像系统光 CCD 靶 面 轴, 为 了 使 像 面 上 每 点 都 满 足 成 像 关 系, 必须与成像系统光 轴 倾 斜 放 置 以 满 足 斜 成 像 条 件 .
[12]
. 高精
度的远场 准 直 控 制 是 实 现 空 间 滤 波 器 功 能 的 必 要 条件 . 下面将详细描述基于光栅取样的模块化的 远 场准直控制方式 . 2. 1. 准直系统设计 神光Ⅱ 升级装置预放系统采用分级放大的 MOPA 型结构, 共分为 4 级放大 . 以第一级空间滤波器准直 系统为例, 说明新型远场准直系统的准直原理及实施
其 坐 标 分 别 为 ( xi , 按照顺时针的顺序依次编序, y i ) ,i = 1 , 2, 3, 4 ;光 栅 基 准 的 位 置 为 第 1 个 小 圆 与第 3 个小圆中心连线和第 2 个小圆与第 4 小圆