熱暈對高功率列陣雷射大氣傳輸光束質量的影響

《熱暈對高功率列陣雷射大氣傳輸光束質量的影響》是依託四川師範大學，由李曉慶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熱暈對高功率列陣雷射大氣傳輸光束質量的影響
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李曉慶
• 依託單位：四川師範大學

項目摘要

高功率列陣雷射在雷射能量遠程輸運和利用、慣性約束核聚變等領域中扮演著重要角色，而熱暈效應是影響高功率列陣雷射大氣傳輸光束質量的重要因素，目前國內外對此研究甚少。熱暈效應與光束形態和大氣狀態有密切關係，本項目擬研究高功率列陣雷射大氣傳輸的瞬態和穩態熱暈效應，主要研究內容有：針對4種類型的合成光束（單模光束相干與非相干合成、多模光束相干與非相干合成），研究熱暈對其光束質量的影響，探究單模與多模、相干與非相干合成哪種更有利於減小熱暈對光束質量的影響；研究斜程大氣熱暈對列陣雷射光束質量的影響；研究大氣湍流條件下的熱暈與單純熱暈對列陣雷射光束質量影響的差異；研究列陣雷射排列方式、子光束數目、填充因子以及光闌效應等因素對雷射熱暈效應的影響。本項目結果將提供減小熱暈對列陣雷射光束質量影響的途徑、以及列陣雷射束在大氣中傳輸的四維仿真模擬程式，為工作在大氣環境中的高功率列陣雷射的相關套用提供理論基礎。

結題摘要

高功率列陣雷射在雷射能量遠程輸運和利用、慣性約束核聚變等領域中扮演著重要角色。熱暈效應是影響高功率列陣雷射大氣傳輸光束質量的重要因素，之前國內外對此研究甚少。因此，本項目編制了列陣雷射束在大氣中傳輸的四維仿真模擬程式，採用數值模擬和理論解析方法對此展開了詳細研究。本項目主要研究內容、重要結果及其科學意義如下：（1）研究了熱暈對截斷光束光束質量的影響。研究發現：截斷光束的光束擴展受熱暈的影響小於非截斷光束。光束重心位置隨截斷參數的變化是非單調的。（2）研究了熱暈對列陣高斯光束大氣傳輸的影響。研究發現：填充因子越大的列陣光束受熱暈影響越小。相干合成的列陣光束比非相干合成的受熱暈影響更大。相干合成的列陣光束最大光強始終大於非相干合成的，但是由於熱暈效應的影響相干合成的傳輸效率並不總是大於非相干合成的。達到最大傳輸效率的最優填充因子的值隨著雷射功率的增大而增大，但是達到最大峰值的最優填充因子幾乎與雷射功率無關。同時，給出了與子孔徑填充因子有關的扭曲參數的表達式。另外，研究了列陣高斯光束斜程傳輸，以及熱暈和湍流綜合效應對列陣高斯光束的影響。（3）研究了熱暈對厄米高斯（H-G）光束大氣傳輸影響。研究發現：相同功率情況下，H-G光束模式數越高，其熱暈效應越弱。若採用像散參數評價光束的對稱性，熱暈效應可以改善原本非對稱H-G光束的對稱性。若選擇合適的權重因子，熱暈效應會使多模光束（TEMm0）在靶面上的光斑最小。同時，得到了與模式有關的扭曲參數的表達式。另外，對非相干合成的H-G光束以及多模列陣光束在大氣中傳輸的熱暈效應進行了研究。（4）研究了熱暈對列陣平頂高斯光束大氣傳輸影響。研究發現：光束階數越大的列陣平頂光束受熱暈影響越小。相同功率下，大氣中列陣平頂光束的傳輸效率優於列陣高斯光束。本項目所得結果對合成高功率雷射及其大氣傳輸實際套用具有意義。