高功率脉冲TEA CO2激光器镜面热变形对远场传输特性影响模拟

"这篇研究文章探讨了高功率脉冲横向激励大气二氧化碳（TEA CO2）激光器在不稳定的谐振器中，由于镜片热变形对远场光学传输特性的影响。采用瞬态热力学有限元分析方法研究了高功率激光束照射下镜片的热变形，并用泽尼基多项式进行拟合。接着，利用衍射的角谱传播理论来计算和分析这种热变形对激光束质量的影响。" 本文关注的是高功率脉冲TEA CO2激光器的一个关键问题，即激光器工作时镜片的热变形如何影响远场光束传输。这种类型的激光器因其高峰值功率、短脉冲尾部和高重复率而在高功率激光系统中有广泛应用，如激光雷达、红外定向对抗和激光推进等领域。然而，高功率密度会导致镜片的热变形，进而影响到远场光学束的质量。 目前，许多研究小组已经对由高功率激光照射引起的镜片热畸变进行了大量研究，但对不同时间间隔（即不同重复率）下镜片热畸变的影响报道较少。大多数研究集中在如何提高激光器的功率和重复率上，而忽略了热积累变化带来的问题。因此，本研究通过瞬态热力学有限元分析，揭示了在不同重复率下，镜片热变形的动态过程以及这种变形如何影响光束传播的细节。 首先，作者采用了瞬态热力学有限元分析法，这是一种数值模拟技术，用于分析短时间内温度变化和热量传递对物体形状的影响。在本文的情况下，这种方法用于模拟高功率激光脉冲照射镜片时，镜片的温度分布和由此产生的形变。 接着，使用泽尼基多项式对镜片的热变形进行拟合，这是一种数学工具，可以将复杂的形状变化表达为一组简单的基函数的线性组合，方便后续的分析和处理。 然后，结合衍射的角谱传播理论，分析热变形镜片对激光束远场分布的影响。角谱理论是描述光线在经过光学系统后如何衍射和传播的一种方法，它能够预测热变形如何改变激光束的传播特性，如发散角、光斑形状和能量分布等。 这项研究通过深入探讨镜片热变形与激光束质量之间的关系，为优化高功率脉冲TEA CO2激光器的设计提供了理论依据，有助于减少热效应带来的负面影响，提高激光系统的性能和稳定性。同时，这也为未来在类似高功率激光系统中解决热积累和镜片热畸变问题的研究提供了参考和指导。