MOPA结构氧碘激光器产生高能涡旋光束的基础问题

Chemical oxygen iodine laser with vortex beam output has significant application value in directed energy systems. This project focuses on fundamental principles of the interaction between vortex beam and flowing gas gain media. Laser dynamics and aero-optic effects of Laguerre-Gaussian vortex beam in flowing gain media are explored. Influence factors and effects on energy efficiency, near field and far field beam quality, and singular point behavior are revealed. The present project expands the output mode of chemical oxygen iodine laser to nonclassical optical fields with singular points. Such new output mode exhibits important significance for improving the applicability of chemical oxygen iodine lasers.

输出高能涡旋光束的氧碘激光器在定向能领域具有重要应用价值。本项目围绕其中涡旋光束与气流增益介质作用的基础规律展开。本项目研究拉盖尔-高斯涡旋种子光在流动增益介质中的激光动力学及气动光学效应，明确影响能量提取效率，近、远场光束质量，以及相位奇点演化的关键因素和关联程度。本项目将氧碘激光的输出模式扩展到具有相位奇点的非经典光场领域，而新输出模式对于提升氧碘激光器的应用能力具有重要意义。

涡旋光束可以提高中继镜的能量耦合效率，降低大气传输中热晕与湍流的影响。输出高能涡旋光束的氧碘激光器在定向能领域具有重要应用价值。本项目探索其中涡旋光束与气流增益介质作用的基础规律。主要研究内容包括：(1)数值研究拉盖尔-高斯涡旋种子光束在氧碘激光放大器中的传输过程，考察增益介质的化学、热力学参量对能量提取效率以及输出光束近场均匀性的影响；(2)数值研究氧碘激光器中典型流场波系结构对输出光束近场均匀性、远场能量集中度、奇点位置以及中央暗斑形态的影响； (3)开展基于空间光调制器的等效实验，验证涡旋种子光束演化的相关规律。. 本项目取得的主要结果包括：建立了涡旋光束在MOPA结构氧碘激光中传输演化的数值模型。获得了增益介质的化学、热力学参量，以及种子光涡旋模式对能量提取效率以及输出光束近场均匀性的影响规律。获得了典型流场波系结构对输出光束近、远场光束质量和光斑形态的影响规律。建立了基于空间光调制器的等效实验装置并验证了气动光学效应相关规律。本项目将氧碘激光的输出模式扩展到具有相位奇点的非经典光场领域，也为获取高能涡旋光束探索了一条新途径。本项目发展的数值工具、基于空间光调制器的等效实验装置、以及千瓦级氧碘激光缩比试验平台也为未来进一步研究基于新型光场、新输出模式、新工作机制的新型氧碘化学激光器提供了坚实的基础。