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摘要作为20世纪几大最重要发明之一,激光以其方向性好、相干性好、亮度高的特点已经在军事、工业、医疗等领域被广泛应用。但是由于激光器中存在的非线性效应和热损伤效应，单束激光在较远的未来仍无法实现战略激光武器的需要，所以多光束激光合成技术成为激光发展中必要的课题之一。 本论文针对于多光束激光合成技术进行了多方面的研究，其中调研了激光相干合成技术的发展史、对比了激光相干合成与非相干合成的优缺点；重点研究了高斯光束在空间内的传播规律，并对高能激光发射系统中十分重要的光学铰链的原理及调教方法进行了系统研究。 31018
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毕业论文关键词 高斯光束，激光相干合成，激光非相干合成，光学铰链
Title Study of multi-beam parallelism measurement technology
Abstract As one of the greatest innovation of the 20th century, laser has been widely used in the field of military, industrial and medical treatment because of its concentrated direction, well coherence and high brightness. Despite of these advantages of laser, there still remain irreversible problems in a long run caused by the nonlinear effect and thermal damage effect of the high-power laser which makes single-beam strategic laser weapons out of possible. So the combination of multi-beam laser technology is compulsive for the development of laser. In this paper, there are many aspects in the study of multi-beam laser combination technology which briefly include the introduction of the history of coherent combining of high power laser and the comparative of coherent combining and incoherent combining of laser. This paper emphasizes the propagation of Gaussian beam and the principle and the method of operation of optical hinge which is significant to the transmission system of high-power laser.
Keywords Gaussian beam, coherent combining of laser, incoherent combining of laser, optical hinge
目次
1绪论.1
1.1引言1
1.2主要研究内容..2
2激光相干合成技术国内外发展情况4
2.1气体激光器相干合成..4
2.2化学激光相干合成6
2.3半导体激光相干合成..7
2.4除光纤激光器外的全固态激光相干合成8
2.5国内外光纤激光相干合成发展现状..9
3激光相干合成与非相干合成比较..11
3.1激光相干合成与非相干合成优缺点分析.11
3.2相位误差对两种激光合成方案影响的比较12
3.3光束抖动对两种激光合成方案影响的比较12
3.4占空比对两种激光合成方案影响的比较.13
4激光相干合成原理及影响因素分析.15
4.2高斯光束的基本性质及特征参数.15
4.3结合基模高斯光束构建的理论模型18
4.4基于MATLAB的基模高斯光束相干合成仿真..20
4.5小结.22
5光学铰链24
5.1棱镜转动定理24
5.2双平面镜成像原理.25
5.3光学铰链分析26
5.4在空间内改变光路的光学铰链分析28
5.5小结.30
结论32
总结.32
展望.32
致谢34
附录A.40
1 绪论 1.1 引言 激光被认为与原子能、半导体、计算机并列的 20 世纪人类四大发明之一。自 1960 年美国加利福尼亚州休斯实验室科学家梅曼宣布获得了波长为 0.6943微米的激光后，激光相对于普通光源具有的方向性好、相干性好、亮度高的优点受到了世界各国政府及研究机构的广泛重视。其中单光束激光功率已达到 10kw级别，并在不远的将来有望突破 20kw 关口。而对于激光的应用方面，激光已经在现代工业、农业、医学、通信、国防、科学研究等各方面得到了广泛的应用。在激光问世的 50余年中，总共问世了固体激光器、气体激光器、化学激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导体激光器、X 射线激光器、光纤激光器等多种类型激光器。由此可以看出研究人员对激光应用的重视。目前由于双包层光纤技术的突破，光纤激光器已成为激光领域研究的重点。预计在不远的将来，激光器将随着功率的增加、结构的优化、系统稳定性的提高而被应用于战场之上，届时世界战争格局将伴随激光武器的出现而改变。 虽然激光器在50余年的发展中取得巨大飞跃，但是激光器以目前技术而言，实现单束激光输出功率 50kw及以上、光束质量因子 M2接近于1 的激光器并不现实，所以多光束激光合成技术在实现大功率激光输出方面具有必然的趋势。由此带来了个多光束研究课题。目前激光合成技术有相干合成及非相干合成两大类。相干合成即通过使用多束频率相同、偏振方向相同、相位差恒定的相干激光在远场实现聚焦，形成的光斑即为干涉光斑。由于干涉作用，光斑光强最大值为与振幅的平方成正比，由此相干合成光强最大值远大于非相干合成。但是目前大功率激光器普遍存在偏振方向随机、光谱线宽过宽等问题，再加上大气湍流扰动、激光器占空比等对相干合成效果的影响，目前激光相干合成技术仍未被广泛应用至大功率激光输出领域，如 2013 年德国 MBDA 实现的 4 路 10kw 光纤激光合成输出即使用的是非相干合成技术。 本毕业设计主要针对于激光相干合成理论进行了研究，推导出基于基模高斯光束公式的相干合成远场分布公式，并结合相关公式模拟了不同条件下激光相干合成的效果。由此得到了不同条件下激光相干合成效果。
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