电激励重频HF激光器非稳腔设计及实验研究

为实现电激励重频HF激光远距离传输,在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束,开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明,随着放大率M的增大,远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大,能量向中心转移,远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明:随着放大率M的增大,远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致,但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求,在流场正常工作情况下,当放大率M为3.0时,获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔（约为稳定腔激光能量的94.6%）的重频激光输出,满足激光远距离传输需求。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

全自动可变光阑测量激光发散角的工程化研究

激光远场发散角是评价激光光束质量的重要指标,根据远场发散角的定义和国际惯例,实际工程应用中设计出全自动可变光阑来测量激光远场发散角。在测量时利用图像处理和一阶重心距算法计算光斑中心,使可变光阑中心与待测激光束中心对准。测试系统自动由小到大变化光阑孔径,同时用探测器测量透过的激光能量。对光阑孔径和通过光阑的能量进行曲线拟合,算出总能量为1/e2时光阑的孔径,即对应于该处的激光束宽,从而可计算得出激光远场发散角。上述测量过程是利用虚拟仪器技术来全自动实现的,该激光远场发散角测试系统经过了项目验收和实际工程检验。     

点阵式远场激光光斑监测系统的设计与实现

介绍了一种采用光电探测器点阵监测激光远场光斑的形状分布和激光脉冲时序的方法及其系统的实现。系统可实时监测光斑的形状和形心位置及激光脉冲的绝对时和相对时，激光脉冲发射时间测量精度优于0．2μs。在对激光目标指示器等远场激光照射器的性能评价和激光通信中的远场激光信息场的测量中有较大实用价值，并对大面积的激光光斑的测量有重要的参考价值。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

阈值法对激光远场焦斑质量测量和计算的影响

建立了非稳腔激光束通过大气湍流随机相屏传输至远场焦平面上的光斑强度分布模型,并考虑CCD像素单元对激光能量的离散化积分采样及探测噪声的影响,以峰值斯特雷尔比Rs、环围能量斯特雷尔比Ree和光束质量因子β作为评价远场光斑质量的指标,利用蒙特卡罗法研究了在不同信噪比(SNR)和光斑分布形态情况下,采取四种不同阈值去噪方法对远场光斑质量评价参数计算精度的影响。结果表明,足够的测量信噪比是保证光束质量测量精度的前提,在测量信噪比和光斑分布形态给定的情况下,采取阈值为CCD背景噪声均值,同时保留随机噪声起伏的去噪方法是较为合理的选择。     

激光远场能量密度分布测试系统的实现

要设计了基于CCD成像法的激光远场能量密度测量系统,给出了CCD成像法测量远场激光能量密度分布的基本原理,并在特定条件下对激光能量测量模型进行简化.利用漫反射靶板将激光的能量分布信息采集至CCD相机,并在靶板的特征位置上安装能量探测器,依据激光能量模型,将激光光斑图像灰度信息与激光能量探头所测的实际能量值进行信息融合,...     

基于CCD的远场激光光斑测量系统开发与应用

针对被测激光器的特点,设计了基于CCD的远场激光光斑测量系统,通过设置CCD摄像机的控制参数,确保正确采集光斑图像,实现了图像的采集、显示、存储功能,并编写光斑图像分析软件,实现了光斑图像处理、参数计算、能量三维娃示等功能。     

定向棱镜腔平顶高斯激光束特性的研究

在XeCl准分子激光器中,采用定向棱镜作为端反射镜与平面输出镜构成激光器谐振腔,获得了近场能量分布均匀、远场能量分布高度集中的相干平顶高斯激光束输出,并具有腔镜高抗失调能力,改善了激光束质量。     

大功率扩散冷却型Slab CO2激光器光束质量的研究

本文对国际上最新的大功率扩散冷却型Slab CO2激光器的光束质量进行了全面的测量与实验研究.从原始激光束的光束质量、通过导光系统后激光束质量、聚焦光斑的质量以及焦点漂移四个方面全面考察了Slab CO2激光器的光束质量以及光束的传输、聚焦特性.结果表明,Slab CO2激光器具有高光束质量,其M2因子非常接近1的理想值;激光束具有良好的传输和聚焦性能,可以长距离传输;使用焦距为300mm的聚焦镜聚焦,聚焦光斑的束腰半径约为134μm,光束横截面能量分布接近理想的高斯分布,焦深约为5mm,在加工范围内(3m),激光束的焦点漂移量大约为1mm.另外,采用Slab CO2激光器对厚度为10mm的低碳钢在不同的离焦位置进行激光深熔焊接实验,讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响.     

90/10刀口法测量高斯激光光束束腰的两种计算方法

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是衡量激光器性能的重要参数.本文利用90/10刀口法测量高斯激光光斑尺寸及光束束腰尺寸,给出了两种计算方法,克服了传统方法过程繁杂的缺点,精度高、效率高,操作简单.     

矩形光束合成的建模与实验验证

光束合成是高功率固体激光器进一步发展的必由途径.板条的激光介质产生的矩形光束通过阵列合成能实现较高的近场光斑填充因子,有利于提高远场光束的能量集中度,从而获得更好的光束质量.根据激光器远场光束的测量方式,利用光束传输变换规律,建立矩形光斑双束合成的理论模型.通过数值模拟,在相干、非相干条件等典型情况下得到的子束合成不同...     

LPX305iF型准分子激光光束质量诊断

以准分子激光应用于微细加工为目的,采用了一套光束诊断技术对德国Lambda Physik LPX 305iF型KrF准分子激光器进行了全面鉴定。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

基于微透镜阵列的光束积分系统的性能分析

为了提升高功率固体激光器抽运光束的均匀性,研究了成像型和非成像型光束积分系统光束匀化机理。从光斑尺寸、最大入射角及光斑均匀性三个方面,详细对比了两种积分系统的性能特点。分析表明,成像型光束积分系统不但具有更好的匀化效果,相比非成像型还降低了对半导体激光器(LD)光束准直的要求,并且可调整微透镜阵列间距实现光斑尺寸的改变,拓展了系统应用范围。经实验测试,在照明范围内LD阵列光束经成像型积分系统后光斑不均匀性小于10%。     

激光束远场能量集中度的评价指标探讨

以常见的三种类型的激光束,即非稳腔产生的环形激光束、稳定腔产生的高斯光束以及多路高斯光束的相干合成光束作为研究和讨论的对象,针对涉及能量集中度的应用,分析了现有各种评价指标的优缺点和适用性,并对评价指标定义中若干关键问题进行了分析计算。结果表明,激光束的亮度或靶目标上光斑能量密度是评价激光系统效能发挥的重要评价参数,该评价指标不仅可以用于衡量同一激光系统的光束质量,也可以客观地评价不同激光系统间性能优劣。     

圆形烧蚀光斑的纵波声场分析

圆形烧蚀光斑具有轴对称性且易于获取,在激光超声检测中有着广泛的应用。为了获得相应的纵波声场特性,建立了激励源模型,讨论了近场中声轴上声压幅值分布情况并获得了近场长度。利用面积积分,推导出声压振幅的表达式,并对远场中的声场能量进行了模拟。通过分析发现,远场中的纵波能量关于声束轴线呈对称分布,并且在轴线上达到最大值,此外光斑大小直接影响着纵波声场指向性。搭建了一套激光超声非接触式测量系统,基于互易原理并根据传播距离修正信号振幅,获得了指向性实验数据,验证了理论分析结果。     

光学薄膜激光损伤阈值测量不确定度

光学薄膜的激光损伤阈值是评价其激光耐受性能好坏的一个重要指标。对薄膜激光损伤阈值的准确评价和测定,是判断其激光耐受性能和进行相互比对的基础。通过对激光损伤阈值测试系统误差的溯源分析和计算机模拟,给出了优化测试系统的方向。研究结果表明:在激光光斑确定的情况下,激光能量越高,能量密度的误差越大。因此在满足需要的情况下,应该尽可能选取较低的激光能量。在激光能量确定的情况下,存在一个临界光斑,当小于临界光斑时,能量密度误差变化非常剧烈,光斑越小,能量密度误差越大。测试系统的激光光斑大于临界光斑时系统的误差较小,小于临界光斑时系统的误差急剧变大。因此,在激光损伤阈值测试系统中,应该优选临界光斑或者大于临界光斑。激光损伤阈值拟合产生的最大误差为最大能级的激光能量误差,因此要尽可能降低激光器的脉冲能量。由此可见,设计合理的系统参数,可以最大程度降低测量结果的不确定度。     

梯度折射率介质对复变量sinh-Gaussian光束传输的影响

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲正弦高斯光束的传输影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导出了复变量双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并进行了数值模拟分析。结果表明,光斑尺寸及其变化率随传输距离的增加呈周期性变化,周期由折射率系数决定;随光束参量的改变,光斑位置不变,周期性不变,但是光斑尺寸的振荡幅度要发生改变;通过调整这些参量,可以改变光斑尺寸及其位置。此项研究对大功率半导体激光器等方面的开发应用有帮助。     

内热厚透境平行平面谐振腔的热稳定性

光泵固体激光器会在激光棒中引起轴向热伸长和径向折射率梯度.这可概括为一种热厚透镜效应.从输出腔镜处光束光斑参数对热透镜焦距的微商出发,直接导出内热厚透镜平行平面腔的热不灵敏条件,并对其适用范围进行了必要讨论.