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基于简单透镜列阵的可调焦激光均匀辐照光学系统研究

江秀娟 李菁辉 朱俭 林尊琪

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基于简单透镜列阵的可调焦激光均匀辐照光学系统研究

江秀娟, 李菁辉, 朱俭, 林尊琪

Study on a zooming optical system based on simple lens array used for laser uniform irradiation

Jiang Xiu-Juan, Li Jing-Hui, Zhu Jian, Lin Zun-Qi
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  • 本文对基于简单透镜列阵的大口径激光均匀辐照光学系统的调焦能力进行了研究, 结果表明, 改变透镜列阵与靶镜之间的距离即可方便地改变靶面上光斑的大小. 文中详细分析了相关参数对调焦能力的影响, 并在此基础上设计出一个实用的光学系统. 用数值方法模拟了激光束通过光学系统后的传输, 发现尺寸不同的靶面光斑具有基本一致的强度结构特征. 定量地分析了光斑内部散斑间隔、调制对比度、顶部不均匀度及能量集中度等描述光斑均匀辐照质量的指标, 并研究了它们随靶面离焦量的变化关系.
    A zooming optical system based on a simple lens array used for uniform irradiation by a large-aperture laser is studied; and it can be shown that the size of target spot may be flexibly adjusted by changing the separation between the lens array and the focusing lens. How the choice of optical parameters will affect the zooming ability is analyzed, and a practical system is designed. Propagation of laser beam through the optical system is simulated numerically; results show that the spots in different size are similar in intensity structure. Speckle separation, modulation contrast, rms nonuniformity, and concentration ratio of the spot are quantified, and their variations are analyzed when the target is placed in different positions relative to the focal plane of the focusing lens.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11204043)、国家留学基金(批准号: 201308440325) 和中国科学院高功率激光物理重点实验室开放基金(批准号: SG-001103)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11204043), the Scholarship Fund of China (Grant No. 201308440325), and the Open Fund of Key Laboratory for High Power Laser Physics of Chinese Academy of Sciences (Grant No. SG-001103).
    [1]

    Skupsky S, Lee K 1983 J. Appl. Phys. 54 3662

    [2]

    Lin Z Q, Lei A L, Fan W, Zhou S L, Wang L 2013 High Power Laser Science and Engineering 1 110

    [3]

    Deng X, Liang X, Chen Z, Yu W, Ma R 1986 Appl. Opt. 25 377

    [4]

    Lin Y, Kessler T J, Lawrence G N 1996 Opt. Lett. 21 1703

    [5]

    Li J L, Lu B D 2008 Chin. Phys. B 17 1840

    [6]

    Yao X, Gao F H, Zhang Y X, Wen S L, Guo Y K, Lin X D 2009 Acta Phys. Sin. 58 3130 (in Chinese) [姚欣, 高福华, 张怡霄, 温圣林, 郭永康, 林祥棣 2009 物理学报 58 3130]

    [7]

    Jiang S E, Zhang B H, Liu S Y, Yang J M, Sun K X, Huang T X, Ding Y K, Zheng Z J 2007 Scientia Sinica G 37 502 (in Chinese) [江少恩, 张保汉, 刘慎业, 杨家敏, 孙可煦, 黄天晅, 丁永坤, 郑志坚 2007 中国科学G辑 37 502]

    [8]

    Cheng W Y, Zhang X M, Su J Q, Zhao S Z, Li P, Dong J, Zhou L D 2009 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11 015709

    [9]

    Skupsky S, Short R W, Kessler T, Craxton R S, Letzring S, Soures J M 1989 J. Appl. Phys. 66 3456

    [10]

    Jiang X J, Zhou S L, Lin Z Q, Zhu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 5824 (in Chinese) [江秀娟, 周申蕾, 林尊琪, 朱俭 2006 物理学报 55 5824]

    [11]

    Zhang R, Li P, Su J Q, Wang J J, Li H, Geng Y C, Liang Y, Zhao R C, Dong J, Lu Z G, Zhou L D, Liu L Q, Lin H H, Xu D P, Deng Y, Zhu N, Jing F, Sui Z, Zhang X M 2012 Acta Phys. Sin. 61 054204 (in Chinese) [张锐, 李平, 粟敬钦, 王建军, 李海, 耿远超, 梁樾, 赵润昌, 董军, 卢宗贵, 周丽丹, 刘兰琴, 林宏奂, 许党朋, 邓颖, 朱娜, 景峰, 隋展, 张小民 2012 物理学报 61 054204]

    [12]

    Jiang X J, Li J H, Wu R, Zhu Z T, Zhou S L, Lin Z Q 2013 J. Opt. Soc. Am. A 30 2162

    [13]

    Zheng J Z, Yu Q X, Lu Y J, Guan S H 2007 Chin. J. Laser. 34 331 (in Chinese) [郑建洲, 于清旭, 卢永军, 关寿华 2007 中国激光 34 331]

    [14]

    Jiang X J, Li J H, Li H G, Li Y, Lin Z Q 2011 Appl. Opt. 50 5213

    [15]

    Yu D Y, Tan H Y 2006 Engineering Optics 2nd ed. (Beijing: China Machine Press) p27 (in Chinese) [郁道银, 谈恒英 2006 工程光学第二版 (北京: 机械工业出版社) p27]

    [16]

    Goodman J W 1968 Introduction to Fourier Optics 1st ed. (San Francisco: Mcgraw-hill Book Company) p83

    [17]

    Jiang X J, Zhou S L, Lin Z Q 2007 J. Appl. Phys. 101 023109

    [18]

    Regan S P, Marozas J A, Craxton R S, Kelly J H, Donaldson W Jaanimagi R P A, Jacobs-Perkins D, Keck R L, Kessler T J, Meyerhofer D D, Sangster T C, Seka W, Smalyuk V A, Skupsky S, Zuegel J D 2005 J. Opt. Soc. Am. B 22 9982

    [19]

    Qiu Y, Qian L J, Huang H Y, Fan D Y, Deng X M 1995 Chinese Journal of Lasers 22 27 (in Chinese) [丘悦, 钱列加, 黄宏一, 范滇元, 邓锡铭1995 中国激光 22 27]

  • [1]

    Skupsky S, Lee K 1983 J. Appl. Phys. 54 3662

    [2]

    Lin Z Q, Lei A L, Fan W, Zhou S L, Wang L 2013 High Power Laser Science and Engineering 1 110

    [3]

    Deng X, Liang X, Chen Z, Yu W, Ma R 1986 Appl. Opt. 25 377

    [4]

    Lin Y, Kessler T J, Lawrence G N 1996 Opt. Lett. 21 1703

    [5]

    Li J L, Lu B D 2008 Chin. Phys. B 17 1840

    [6]

    Yao X, Gao F H, Zhang Y X, Wen S L, Guo Y K, Lin X D 2009 Acta Phys. Sin. 58 3130 (in Chinese) [姚欣, 高福华, 张怡霄, 温圣林, 郭永康, 林祥棣 2009 物理学报 58 3130]

    [7]

    Jiang S E, Zhang B H, Liu S Y, Yang J M, Sun K X, Huang T X, Ding Y K, Zheng Z J 2007 Scientia Sinica G 37 502 (in Chinese) [江少恩, 张保汉, 刘慎业, 杨家敏, 孙可煦, 黄天晅, 丁永坤, 郑志坚 2007 中国科学G辑 37 502]

    [8]

    Cheng W Y, Zhang X M, Su J Q, Zhao S Z, Li P, Dong J, Zhou L D 2009 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11 015709

    [9]

    Skupsky S, Short R W, Kessler T, Craxton R S, Letzring S, Soures J M 1989 J. Appl. Phys. 66 3456

    [10]

    Jiang X J, Zhou S L, Lin Z Q, Zhu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 5824 (in Chinese) [江秀娟, 周申蕾, 林尊琪, 朱俭 2006 物理学报 55 5824]

    [11]

    Zhang R, Li P, Su J Q, Wang J J, Li H, Geng Y C, Liang Y, Zhao R C, Dong J, Lu Z G, Zhou L D, Liu L Q, Lin H H, Xu D P, Deng Y, Zhu N, Jing F, Sui Z, Zhang X M 2012 Acta Phys. Sin. 61 054204 (in Chinese) [张锐, 李平, 粟敬钦, 王建军, 李海, 耿远超, 梁樾, 赵润昌, 董军, 卢宗贵, 周丽丹, 刘兰琴, 林宏奂, 许党朋, 邓颖, 朱娜, 景峰, 隋展, 张小民 2012 物理学报 61 054204]

    [12]

    Jiang X J, Li J H, Wu R, Zhu Z T, Zhou S L, Lin Z Q 2013 J. Opt. Soc. Am. A 30 2162

    [13]

    Zheng J Z, Yu Q X, Lu Y J, Guan S H 2007 Chin. J. Laser. 34 331 (in Chinese) [郑建洲, 于清旭, 卢永军, 关寿华 2007 中国激光 34 331]

    [14]

    Jiang X J, Li J H, Li H G, Li Y, Lin Z Q 2011 Appl. Opt. 50 5213

    [15]

    Yu D Y, Tan H Y 2006 Engineering Optics 2nd ed. (Beijing: China Machine Press) p27 (in Chinese) [郁道银, 谈恒英 2006 工程光学第二版 (北京: 机械工业出版社) p27]

    [16]

    Goodman J W 1968 Introduction to Fourier Optics 1st ed. (San Francisco: Mcgraw-hill Book Company) p83

    [17]

    Jiang X J, Zhou S L, Lin Z Q 2007 J. Appl. Phys. 101 023109

    [18]

    Regan S P, Marozas J A, Craxton R S, Kelly J H, Donaldson W Jaanimagi R P A, Jacobs-Perkins D, Keck R L, Kessler T J, Meyerhofer D D, Sangster T C, Seka W, Smalyuk V A, Skupsky S, Zuegel J D 2005 J. Opt. Soc. Am. B 22 9982

    [19]

    Qiu Y, Qian L J, Huang H Y, Fan D Y, Deng X M 1995 Chinese Journal of Lasers 22 27 (in Chinese) [丘悦, 钱列加, 黄宏一, 范滇元, 邓锡铭1995 中国激光 22 27]

  • [1] 闫观鑫, 郝永芹, 张秋波. 高功率垂直腔面发射激光器阵列热特性. 物理学报, 2024, 73(5): 054204. doi: 10.7498/aps.73.20231614
    [2] 冯凯源, 邵福球, 蒋祥瑞, 邹德滨, 胡理想, 张国博, 杨晓虎, 银燕, 马燕云, 余同普. 双束对射激光驱动超薄靶的超短脉冲中子源. 物理学报, 2023, 72(18): 185201. doi: 10.7498/aps.72.20230706
    [3] 潘冠中, 荀孟, 赵壮壮, 孙昀, 蒋文静, 周静涛, 吴德馨. 高功率密度多结级联905 nm垂直腔面发射激光器. 物理学报, 2022, 71(20): 204203. doi: 10.7498/aps.71.20220888
    [4] 赵鑫, 杨晓虎, 张国博, 马燕云, 刘彦鹏, 郁明阳. 高功率激光辐照平面靶后辐射冷却效应对等离子体成丝的影响. 物理学报, 2022, 71(23): 235202. doi: 10.7498/aps.71.20220870
    [5] 赵壮壮, 荀孟, 潘冠中, 孙昀, 周静涛, 王大海, 吴德馨. 高功率转换效率905 nm垂直腔面发射激光器的设计与制备. 物理学报, 2021, 70(11): 114202. doi: 10.7498/aps.70.20210043
    [6] 胡渝曜, 梁东, 王晶, 刘军. 基于电动可调焦透镜的大范围快速光片显微成像. 物理学报, 2020, 69(8): 088701. doi: 10.7498/aps.69.20191908
    [7] 高妍琦, 赵晓晖, 贾果, 李福建, 崔勇, 饶大幸, 季来林, 刘栋, 冯伟, 黄秀光, 马伟新, 隋展. 基于低相干光的阵列透镜束匀滑技术研究. 物理学报, 2019, 68(7): 075201. doi: 10.7498/aps.68.20182138
    [8] 严雄伟, 王振国, 蒋新颖, 郑建刚, 李敏, 荆玉峰. 基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析. 物理学报, 2018, 67(18): 184201. doi: 10.7498/aps.67.20172473
    [9] 李福建, 高妍琦, 赵晓晖, 季来林, 王伟, 黄秀光, 马伟新, 隋展, 裴文兵. 诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术. 物理学报, 2018, 67(17): 175201. doi: 10.7498/aps.67.20180533
    [10] 李宏勋, 张锐, 朱娜, 田小程, 许党朋, 周丹丹, 宗兆玉, 范孟秋, 谢亮华, 郑天然, 李钊历. 基于光束参量优化实现直接驱动靶丸均匀辐照. 物理学报, 2017, 66(10): 105202. doi: 10.7498/aps.66.105202
    [11] 余波, 丁永坤, 蒋炜, 黄天晅, 陈伯伦, 蒲昱东, 晏骥, 陈忠靖, 张兴, 杨家敏, 江少恩, 郑坚. 神光III主机极向驱动靶丸表面辐照均匀性. 物理学报, 2017, 66(14): 145202. doi: 10.7498/aps.66.145202
    [12] 唐熊忻, 邱基斯, 樊仲维, 王昊成, 刘悦亮, 刘昊, 苏良碧. 用于惯性约束核聚变激光驱动器的激光二极管抽运Nd,Y:CaF2激光放大器的实验研究. 物理学报, 2016, 65(20): 204206. doi: 10.7498/aps.65.204206
    [13] 邓学伟, 周维, 袁强, 代万俊, 胡东霞, 朱启华, 景峰. 甚多束激光直接驱动靶面辐照均匀性研究. 物理学报, 2015, 64(19): 195203. doi: 10.7498/aps.64.195203
    [14] 张锐, 李平, 粟敬钦, 王建军, 李海, 耿远超, 梁樾, 赵润昌, 董军, 卢宗贵, 周丽丹, 刘兰琴, 林宏奂, 许党朋, 邓颖, 朱娜, 景峰, 隋展, 张小民. 采用光谱色散平滑和连续相位板实现靶面均匀辐照的实验研究. 物理学报, 2012, 61(5): 054204. doi: 10.7498/aps.61.054204
    [15] 郑建洲, 于清旭, 关寿华, 董斌, 曹晓君, 芦永军, 吴云峰. 利用部分相干光和同心角偏差透镜列阵实现二维靶面均匀辐照. 物理学报, 2012, 61(15): 154205. doi: 10.7498/aps.61.154205
    [16] 江秀娟, 李菁辉, 李华刚, 周申蕾, 李扬, 林尊琪. 采用透镜列阵与光谱色散改善三倍频小焦斑辐照均匀性. 物理学报, 2012, 61(12): 124202. doi: 10.7498/aps.61.124202
    [17] 邹文康, 陈林, 周良骥, 王勐, 杨礼兵, 谢卫平, 邓建军. Z箍缩驱动器与丝阵负载耦合特性研究. 物理学报, 2011, 60(11): 115204. doi: 10.7498/aps.60.115204
    [18] 郑巍巍, 王丽琴, 许静平, 王立刚. 带初相位分布的径向基模激光束列阵在湍流大气中的传输特性研究. 物理学报, 2009, 58(7): 5098-5103. doi: 10.7498/aps.58.5098
    [19] 江秀娟, 周申蕾, 林尊琪, 朱 俭. 利用消衍射透镜列阵及光谱色散平滑实现焦斑均匀辐照. 物理学报, 2006, 55(11): 5824-5828. doi: 10.7498/aps.55.5824
    [20] 李惠青, 张 杰, 崔大复, 许祖彦, 宁永强, 晏长岭, 秦 莉, 刘 云, 王立军, 曹健林. 高功率垂直腔面发射半导体激光器优化设计研究. 物理学报, 2004, 53(9): 2986-2990. doi: 10.7498/aps.53.2986
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-07-30
  • 修回日期:  2014-08-24
  • 刊出日期:  2015-03-05

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