高功率固体激光系统光束波前畸变分析与优化

"这篇研究分析了高功率固体激光系统中光束波前畸变的特性，探讨了 Nd:Glass 片、大口径反射镜和晶体等光学元件的波前特征，以及多路激光系统的静态和动态波前畸变。文章指出，同类光学元件的波前特征具有相似性，导致不同激光系统的静态波前畸变也类似。主放大系统主要表现为像散型波前畸变，峰值谷值（PV）在2λ到3λ之间。在采用90°旋转反转器的多程放大系统中，动态波前畸变主要由离焦引起，PV值达到4λ至5λ，扣除离焦影响后，动态波前畸变PV值降至1λ至2λ。整个系统的最大波前畸变可能超过6λ，这对激光系统的性能和光束质量有显著影响。" 这篇论文详细阐述了高功率固体激光系统中关键光学元件对光束质量的影响，特别是波前畸变这一重要因素。波前畸变是衡量激光质量的重要指标，它直接影响激光聚焦能力、能量传输效率和应用效果。文章首先介绍了 Nd:Glass（掺钕玻璃）作为常见激光介质的波前特性，这种材料由于其高光学增益和良好的热稳定性，常被用于高功率激光系统。Nd:Glass 片和其他光学元件如大口径反射镜和晶体，它们的波前特征决定了激光在传播过程中的畸变程度。 接着，作者深入分析了多路激光系统的静态波前畸变，这种畸变主要在激光束传播过程中因元件的不完美制造或环境因素导致。研究发现，尽管各路激光系统可能由不同的光学组件构成，但由于同类元件的相似性，静态波前畸变的模式和程度呈现出一致性。主放大系统中的波前畸变以像散为主，像散是由于光轴方向上折射率的差异造成，导致光线的聚焦位置偏离预期，影响激光束的聚焦质量和能量集中度。 此外，论文还探讨了动态波前畸变，这主要由激光系统的热效应引起。当激光通过光学组件时，能量吸收会导致温度升高，进而引起材料形状变化，产生动态畸变。在90°旋转反转器的多程放大系统中，离焦是动态畸变的主要形式，其PV值较高，但扣除离焦影响后，动态畸变的PV值降低，表明离焦是系统的主要畸变源。整体来看，整个系统的波前畸变可能非常显著，超过6λ，这将对激光的最终聚焦质量、精度和应用效果带来挑战。 激光器的光束质量是衡量其性能的关键参数，而波前畸变作为光束质量的重要组成部分，其控制和优化对于提高激光系统的效率和稳定性至关重要。本研究为理解和改善高功率固体激光系统的波前畸变提供了理论基础和实验数据，对于设计更高效的激光系统和开发新型光学元件具有指导意义。