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强激光内光路传输的热晕效应实验研究

汇报人：

2024-01-15

引言

强激光内光路传输理论

实验装置与实验方法

实验结果与讨论

热晕效应对激光传输性能的影响

结论与展望

引言

01

高功率激光系统需求

01

随着高功率激光系统在科研、工业等领域的广泛应用，强激光内光路传输的热晕效应问题日益突出，严重影响激光系统的性能和使用寿命。

热晕效应的危害

02

热晕效应会导致激光束质量下降、光斑畸变、能量损失等问题，进而降低激光系统的输出功率和光束质量，甚至损坏光学元件。

研究意义

03

通过开展强激光内光路传输的热晕效应实验研究，可以深入了解热晕效应的产生机理和影响因素，为优化激光系统设计、提高激光输出性能提供理论依据和技术支持。

国内外研究现状

目前，国内外学者已经对强激光内光路传输的热晕效应进行了一定的研究，包括理论模拟、数值模拟和实验研究等方面。然而，由于强激光系统的复杂性和实验条件的限制，现有研究还存在一些不足和争议。

发展趋势

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来强激光内光路传输的热晕效应研究将更加注重多物理场耦合效应、高精度数值模拟和实验验证等方面的发展。同时，新型光学材料和先进冷却技术的不断涌现，将为解决热晕效应问题提供更多的技术手段和思路。

强激光内光路传输理论

02

描述光波在介质中传播的基本方程，包括振幅、相位、频率等参数的变化。

波动方程

几何光学近似

衍射理论

当光波波长远小于传输距离和光束尺寸时，可采用几何光学近似描述光路传输。

光波在传播过程中遇到障碍物或孔径时，会发生衍射现象，导致光束扩散和能量重新分布。

03

02

01

强激光在介质中传播时，部分能量被吸收并转化为热能，通过热传导在介质内扩散。

吸收与热传导

介质受热后，其折射率发生变化，导致光波在介质中的传播方向发生改变。

热致折射率变化

介质内温度梯度引起的折射率梯度类似于透镜效应，使光束发生聚焦或发散。

热透镜效应

实验装置与实验方法

03

激光器系统

光路传输系统

热晕模拟装置

探测与记录系统

采用高功率连续波或脉冲激光器，如CO2激光器或固体激光器，提供强激光源。

通过加热元件或特殊材料模拟热晕效应，研究其对激光传输的影响。

包括反射镜、透镜、分束器等光学元件，用于控制和调整激光的传输路径。

使用光电探测器、高速相机等设备，实时监测和记录激光光斑、能量分布等参数。

使用高速相机记录激光光斑的形状、大小和位置变化；使用光电探测器测量激光能量及其分布。

数据采集

数据处理

结果对比与分析

结论与讨论

对采集到的数据进行处理和分析，提取光斑特征参数，如光斑半径、能量集中度等。

将实验数据与理论模型或数值模拟结果进行对比，分析热晕效应对激光传输的影响。

根据实验结果，总结热晕效应对强激光内光路传输的影响规律，并探讨可能的优化措施。

实验结果与讨论

04

低功率下的热晕效应

在较低的激光功率下，热晕效应较弱，光斑形状基本保持不变，光束质量较好。

03

长波长下的热晕效应

在长波长激光作用下，热晕效应非常明显，光斑严重变形，光束质量严重恶化。

01

短波长下的热晕效应

在短波长激光作用下，热晕效应相对较弱，光斑形状变化较小，光束质量相对较好。

02

中波长下的热晕效应

随着波长的增加，热晕效应逐渐增强，光斑变形程度加大，光束质量下降。

热晕效应对光束质量的影响

实验结果表明，热晕效应会导致光斑变形和光束质量下降，严重影响激光的传输和应用效果。

不同功率和波长对热晕效应的影响

实验结果表明，不同功率和波长对热晕效应的影响程度不同。高功率和长波长激光更容易产生显著的热晕效应。

热晕效应的抑制措施

为了减小热晕效应对激光传输的影响，可以采取一些抑制措施，如降低激光功率、采用短波长激光、优化光学系统等。

热晕效应对激光传输性能的影响

05

热晕效应会导致激光光束在传输过程中发生畸变，如光束扩散、光束漂移等，从而降低光束质量。

光束畸变

热晕效应会使得激光光束的聚焦能力下降，焦点变大且焦距变长，导致光斑变大，能量密度降低。

光束聚焦能力下降

热晕效应会引起激光光束的不稳定性增加，如光束抖动、闪烁等，使得光束质量进一步下降。

光束稳定性降低

热晕效应会导致激光在传输过程中的功率损耗增加，使得激光到达目标时的功率降低。

激光功率损耗

热晕效应会使得激光能量在传输过程中分布不均匀，形成能量密度梯度，导致激光功率在空间和时间上的不稳定。

激光能量分布不均

系统热稳定性下降

热晕效应会导致激光系统的热稳定性下降，使得系统对环境温度变化的敏感性增加，进一步影响激光传输的稳定性。

传输路径变化

热晕效应会使得激光传输路径发生变化，如光路偏移、光束扩散等，从而影响激光的指向稳定性和传输稳定性。

光学元件损伤

热晕效应还可能引起光学元件的热损伤，如透镜变形、镀膜脱落等，