《含噪聲調製的高能短脈衝雷射傳輸效應分析方法研究》是依託浙江大學，由李曉彤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：含噪聲調製的高能短脈衝雷射傳輸效應分析方法研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：李曉彤
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高能短脈衝雷射系統光路複雜，光束通過系統傳播時會受到多種空間噪聲的調製作用，包括由於雜光聚焦而疊加干涉，產生自聚焦等非線性效應。本項目採用物理光學、非線性光學與光線光學相結合的方法，研究系統中傳播的主光束、噪聲光及其與介質的相互作用機理和表示，研究適用於實際光學系統、便於計算和輸出處理的具有多重調製的高能短脈衝雷射傳輸效應的分析方法，通過動態波法線取樣和哈密頓光線追跡創建能保存全部中間結果的按時間差分的有向圖數據結構，根據多程放大系統的空間排布，研究實際非傍軸光束在有像差和加工誤差的光學系統傳輸過程中受到的多次反射與衍射雜光的調製作用、色散、增益和自聚焦效應、不同頻率雷射在非線性介質中共存的混頻效應等，獲取系統中給定時間和空間範圍內的功率密度分布，找到能量集中位置並通過回溯處理找到主要的能量來源，有利於系統在設計階段考慮穩定運行採取相應的措施，為從源頭上保證雷射脈衝的質量提供依據。
結題摘要
本項目將光線光學引入雷射光路仿真計算，結合物理光學、晶體光學、非線性光學的理論，研究主光束和噪聲光的傳播及其相遇時的相互作用，其中要解決的關鍵問題是基礎的光路計算方法和數據處理，在採用合理的數據結構的基礎上，在多程光學系統的建模、光線傳播計算和保存等方面提出了並實現了新的計算方法，開發了仿真軟體。可以仿真的表面除了常規表面以外，還包括Zernike相位面、擴展多項式非球面、簡單公式或擴展多項式表示的非均勻介質、非線性介質等，提出了非線性自聚焦導致像質退化的補償方法。在非線性介質的光路計算與仿真方面，利用光線追跡方法實現光路計算不引入近軸近似, 可以得到近軸區以外區域自聚焦及成絲(環)的情況，並實現了線性介質和非線性介質的混合建模和光線追跡；在噪聲光分析方面，以光線的三維坐標和光程為依據建立了光能分布的時空四維格線，實現了主光路和噪聲光的疊加計算，以及噪聲光的來源回溯；快速實現了複雜光學系統基於元件的建模，已經建好的元件庫可以方便地修改和反覆利用；實現了聚焦光學系統裝配公差的分析和最佳化；已經實現的光線傳播計算和光束傳播計算相比，線上性和非線性介質中都具有足夠的精度，對雷射系統中的特殊器件也形成了合理高效的處理方法，從而形成了能夠分析高能短脈衝雷射系統中能量分布及其來源的方法和手段，為從源頭上保證雷射脈衝的質量提供了依據，可直接用於高能雷射系統的仿真和評價。本項目中實現的數據結構和計算方法不僅可以用於具有非線性自聚焦效應或複雜光路的雷射光學系統，也可能用於其他類似的介質和光路，如流動介質或者離散非均勻介質的光路計算。雷射短脈衝系統也屬於光學系統的一種，本項目研製的軟體可計算的各種光路，包括主光路和雜散輻射分析，以及像質評價指標、公差分析和最佳化等功能都可以套用於絕大多數光學系統的分析與仿真。
