高功率固态激光器的多横模光束近衍射极限传输方法研究

Direct at the instability of output beam modes and complexity of modal content in high power solid state laser, the study of nearly diffraction limit transmission for multiple transverse mode beam can effectively improve the beam quality of far field. This study has great realistic significance to the development of high power solid state laser, and has great application potential in industry and national defense. For high power solid state laser, the study of nearly diffraction limit transmission for multiple transverse mode beam mainly contains the theoretical analysis and experimental research on the complex mode detection and decomposition, the modal control and transmission characteristics of multiple transverse mode beam. By analyzing the wavefront spatiotemporal characteristics of multimode beam, the algorithm of mode decomposition is theoretical study, and then the optical characteristics of multimode laser beam are revealed. Finally, the nearly diffraction limit transmission of multimode beam can be achieved by using the closed loop mode control and adaptive optical method.

针对高功率固态激光器的输出模式不稳定以及模式成分复杂等关键技术问题，通过实现多横模光束的近衍射极限传输有效地提高激光器的远场光束质量，该研究对高功率固态激光器的发展具有重大的现实意义，在工业和国防等领域中具有巨大的应用潜力。高功率固态激光器的多横模光束近衍射极限传输方法研究将主要从多横模光束的探测及分解、固态激光器的模式传输控制及多横模光束的光学传输特性等几个方面进行深入地理论分析和实验研究，通过分析多横模光束的波前时空特性实现对光束的模式分解，揭示多横模光束各模式间的相位变化特性，并利用对多横模光束的模式闭环控制实现多横模光束的近衍射极限传输。项目中将建立完善的多横模光束近衍射极限传输数值模拟系统，给出模式控制和光场调控的优化方案，并结合已有的高功率固态激光器搭建实验验证平台，实现高功率固态激光器的多横模光束近衍射极限传输。

针对高功率固态激光器的输出模式不稳定以及模式成分复杂等关键技术问题，通过实现多横模光束的近衍射极限传输有效地提高激光器的远场光束质量，该研究对高功率固态激光器的发展具有重大的现实意义，在工业和国防等领域中具有巨大的应用潜力。.高功率固态激光器的多横模光束近衍射极限传输方法研究主要从多横模光束的探测及分解、固态激光器的模式传输控制及多横模光束的光学传输特性等几个方面进行深入地理论分析和实验研究。首先，对多模光束光场特性进行了理论分析，并对其模式相干性进行了实验测量。高阶模式的相位分布存在π的相位差，从而导致光束质量的降低，且由于存在特定的相位分布特点，通过测量相干性较好区域的波前信息，可以作为多模光束闭环校正的输入信息对高阶模式进行相位校正，提高其光束质量。其次，采用高分辨率四波剪切干涉仪对多横模光束的波前特性进行了与实验测量。光纤合束器输出的多模光像差成分主要为低阶像差，如离焦、像散和彗差等，且相位的PV值较小，可利用低阶变形镜等波前校正器件对光纤合束器的输出光束相位进行实时闭环校正，从而得出稳定的相位分布及较好的远场光束质量。再次，开展了基于光学相关法的模式分解技术仿真分析和实验研究工作。研究结果表明，利用计算全息图的光学匹配滤波器能够实现多模光束的各个模式成分在空间上的分离，结合已有的多横模复杂光场测量，从而实现快速的模式分解。最后，基于对高功率固态激光器的复杂光场测量和快速模式分解技术，利用液晶光调制器初步构建了复杂光场的模式闭环控制实验平台，并针对25/400光纤输出光束进行了模式分解和相位闭环校正实验，通过实验验证了通过相位校正和模式控制手段实现近衍射极限传输的可行性。