Effects of the frequency chirp on the fields of a chirped Gaussian pulse passing through a hard-edged aperture

Based on the Huygens-Fresnel diffraction integral and Fourier transform, propagation expression of a chirped Gaussian pulse passing through a hard-edged aperture is derived. Intensity distributions of the pulse with different frequency chirp in the near-field and far-field are analyzed in detail by numerical calculations. In the near-field, amplitudes of the intensity peaks generated by the modulation of the hard-edged aperture decrease with increasing the frequency chirp, which results in the improving of the beam uniformity. A physical explanation for the smoothing effect brought by increasing the frequency chirp is given. The smoothing effect is achieved not only in the pulse with Gaussian transverse profile but also in the pulse with Hermite-Gaussian transverse profile when the frequency chirp increases. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

图像处理在光路自动准直系统中的应用

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中的光束自动调整。图像处理是光路自动准直的关键技术之一。针对神光Ⅲ原型装置，结合阈值化、重心法、中值滤波和圆拟合等多种不同的图像处理方法设计了一套合理的准直方案，并且在模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明，光路自动准直系统能够在15min之内顺利完成光路的自动调整，光束近场调整精度优于近场光斑的±0．5％，光束远场调整精度≤±0．3″，满足了原型装置的总体要求。

利用双折射透镜组实现激光束空间整形

为了提高惯性约束聚变高功率激光系统的整体效率和充分利用光能，需要将高斯分布的光束整形为空间均匀分布的平顶光束。本文从球面透镜的琼斯矩阵出发，利用光学传输矩阵对双折射透镜组空间光束整形系统进行了理论分析，数值模拟了整形效果，讨论了透镜组参量的选择以及中心加工厚度误差等因素带来的影响，并对该系统进行了实验研究。在实验中，利用该双折射透镜组整型系统实现了光束的均匀化输出。在神光Ⅱ第九路中，在近场静态工作条件下，可将光束填充因子从原来的66％提高到80％。

利用消衍射透镜列阵及光谱色散平滑实现焦斑均匀辐照

提出将空间域的透镜列阵法和时间域的光谱色散平滑法结合起来实现靶面的均匀辐照．消衍射型透镜列阵能获得边缘陡峭且顶部较平坦的准近场焦斑，光谱色散平滑则能有效地抹平焦斑内部由多光束干涉引起的细密条纹．数值结果显示，通过该方案能获得均匀性较好的焦斑．进一步分析了光谱色散平滑单元中位相调制和光栅的参数对辐照均匀性的影响，发现参数的选取要在焦斑均匀性和能量利用率之间取得合理平衡，以在整体上获得最佳的均匀辐照效果．

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术——光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差，对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响，建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟，得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略，而位移偏差：光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。

二元振幅型面板用于光束空间整形

为了提高高功率激光系统的整体效率和充分利用光能,需要对前端注入的高斯光束进行空间整形,实现驱动器终端激光的均匀化输出。采用振幅型二元面板对激光光束进行空间强度整形,利用误差扩散法进行了理论设计,数值摸拟了整形效果,同时讨论了面板加工误差以及空间滤波器的小孔大小等因素带来的影响。根据理论设计,分别加工了反高斯透射率分布和抛物线透射率分布的二元面板,并进行了整形实验,实现了各自的整形功能,并做了误差分析。实验证明二元面板能对激光光束的空间强度分布实现了精确的整形。

傅立叶分解法荧光层析成像

本文提出一种基于结构光照明和傅立叶分解方法的荧光层析成像技术，该技术首先将激发光的强度沿着光轴方向调制成余弦函数，然后用此激发光对样品作传统的二维扫描，在每一个扫描位置余弦函数的频率在一定的范围内扫描，同时一一对应地记录下所发出的荧光强度。只要对所纪录的荧光序列做一个简单的傅立叶变换，即可以得到此位置样品沿着光轴方向的荧光团分布。这样通过一个传统的二维扫描，就可以得到一个三维的阳样品分布。

利用石英晶体平凸透镜实现激光束的空间整形

基于石英晶体的旋光特性，我们提出利用石英晶体平凸透镜和偏振片来实现线偏振光的空间强度整形，通过控制入射光的偏振方向可以方便地改变输出激光的空间强度分布。

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明:相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求.

On the dynamic readout of sub-diffraction-limit pit arrays with a silver thin film

Fast moving arrays of periodic sub-diffraction-limit pits were dynamically read out via a silver thin film. The mechanism of the dynamic readout is analysed and discussed in detail, both experimentally and theoretically. The analysis and experiment show that, in the course of readout, surface plasmons can be excited at the silver/air interface by the focused laser beam and amplified by the silver thin film. The surface plasmons are transmitted into the substrate/silver interface with a large enhancement. The surface waves at the substrate/silver interface are scattered by the sinusoidal pits of sub-diffraction-limit size. The scattered waves are collected by a converging lens and guided into the detector for the readout.

超分辨近场结构中二元共晶合金掩膜的工作机制

超分辨近场结构(super-RENS)技术通过在传统光盘结构中插入掩膜结构而实现近场超分辨,是目前最具实用化前景的超高密度光存储技术之一,其中掩膜层的近场光学特性是决定其光存储性能的关键。利用三维时域有限差分法(3D-FDTD)对合金掩膜的近场光强分布进行了数值仿真和分析,提出二元共晶合金薄膜在激光作用下形成的规则微结构可能是以其作为掩膜层的超分辨近场结构光盘产生较高信噪比(SNR)的原因。

The origin of the super-resolution via a nonlinear thin film

In laser applications, resolutions beyond the diffraction limit can be obtained with a thin film of strong optical nonlinear effect. The optical index of the silicon thin film is modified with the incident laser beam as a function of the local field intensity n(r) similar to E-2(r). For ultrathin films of thickness d << lambda the transmitted light through the film forms a profile of annular rings. Therefore, the device can be related to the realization of super-resolution with annular pupils. Theoretical analysis shows that the focused light spot appears significantly reduced in comparison with the diffraction limit that is determined by the laser wavelength and the numerical aperture of the converging lens. Analysis on the additional optical transfer function due to the thin film confirms that the resolving power is improved in the high spatial frequency region. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

超大功率二维半导体激光列阵并路自适应稳模技术

半导体列阵量子效率高,输出波长范围涵盖570～1600nm,工作寿命可达数百万小时,叠层列阵可提供超高功率激光输出,在工业、医学等很多领域具有非常广阔的应用前景。但列阵在自由运行时,各发光单元发出的光是不相干的,输出质量差,采用1/4Talbot外腔镜耦合技术,列阵实现了空间锁相最高阶超模,然而唯有基超模远场分布是中心单瓣结构,输出接近衍射极限。为得到最小谱宽、最小发散角、最大功率密度输出,必须将外腔镜倾斜β=λ/2d(λ为工作波长,d为列阵周期),这使得仅有基超模光能成像于发光单元内而被允许振荡。应用此

激光束质量实时测量技术

提出一种新型光束质量实时测量技术, 该技术主要基于由平板反射镜组成的多平面成像系统, 一次性将激光束腰附近2倍瑞利距离内的多个光斑成像在同一个平面上, 用CCD相机获取这些光斑的光强分布图样。通过图像处理获知接收到的光斑的光强分布。采用远场发散角、焦点尺寸、桶中功率比和M2因子四种光束质量评价标准对激光光束质量进行评价。利用该方法实时测量了高能钕玻璃双板条激光器的输出光束。

高重复率半导体激光抽运Nd：YAG放大器激光特性的实验研究

实验研究了高重复率、大功率半导体激光二极管阵列（LDA）侧面环绕抽运的Nd：YAG激光放大器的放大特性、热焦距变化和热致双折射效应引起的退偏特性。偏振光绎千赫兹高功率单通激光放大器，获得约3倍的光脉冲能量放大，脉冲宽度基本保持不变，其输出的P分量与S分量的能量比趋于常数3：1，实验测得的能量放大倍率及放大光束的椭圆偏振度与理论预期吻合很好。