半导体激光束整形器的设计与分析

随着加工技术的不断发展，特殊曲面的光学加工已成为可能，它可以采用由特殊曲面构成的光束整形器来实现任意波面的变换，本文根据能量平衡和光程相等的原理，导出一组平行入射光束的整形器面形设计公式。根据这组方式，设计了用于准直与均匀半导体激光束的整形器，通过计算机模拟，给出了光束整形结果，并具体分析了整形器厚度和折射率对整形光束性能的影响。     

大功率LD阵列光束整形技术研究

提出一种新的大功率LD阵列的光束整形方案，首先使预准直的光束在快轴方向分层，然后使其在慢轴方向重新排列，最终在输出端得到高亮度的矩形光斑。详细讨论了方案的工作原理和设计方法，利用几何光学方法计算了输出光斑的尺寸，并用光参数积（BPP）对整形后光束质量作了评估。数值计算结果表明，该整形方法明显改善了大功率LD阵列的光束质量。     

基于双轴锥镜的环形激光束整形

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量,提高发射光学系统口径的利用率,采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法,通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上,设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置,针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验,取得了与理论分析一致的数据。结果表明,采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量,光束束腰直径由45mm减小为32mm,光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。     

用HIO算法研究光束的空间整形

基于HIO算法,设计了用于光束整形的二元光学元件,从两条不同的途径给出了高斯光束的整形结果。所得“平顶”光束的顶部均匀性很好,且边缘非常陡峭、旁瓣小,表明HIO算法是用于二元光学元件设计的有效算法。     

非球面透镜组激光光束整形系统

在激光显示等领域常常需要光强均匀分布的激光光束,为此,深入分析了一种非球面透镜组激光光束整形系统的设计方法,该方法可以将入射光束为准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束;给出了该非球面透镜组设计的基本过程,主要包括输出光束函数的选择、光线映射函数的确定和非球面参数的确定;最后选择光线映射函数具有解析解形式的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数,分别确定了伽利略型和开普勒型的非球面透镜组激光光束整形系统的参数。     

基于改进GS算法的衍射光学光束整形元件的设计

利用不动点迭代法解非线性方程以加速迭代过程的思想对GS算法进行了改进,用改进的GS算法设计了将高斯光束整形为两束圆形光束的16台阶衍射光学元件.模拟结果表明,相对于GS算法,用改进的算法设计出的衍射光学光束整形元件,均方误差(SSE)减少了33.05%,拟和系数(η)提高了0.68%,优化了整形光束的性能质量;同时该算法能减小GS算法对迭代初值的依赖性,促使GS算法跳出陷入局部最优解的困境.     

摆动反射镜实现高功率激光束的平滑化

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束，设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构，由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化，得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型，并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明．采用这种新型的整形方式，CO2激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端，提高了系统的可靠性，简化了结构设计。     

激光束整形为矩形光束的DOE的设计及实验

本文以几何理论为基础来设计把激光束整形为矩形光束的衍射光学元件 (DOE) ,推导出了衍射光学元件的相位表达式 ;并以高斯光束整形为例 ,把其整形为所需要的光强分布 ;进而进行了计算机模拟 ,得到了令人满意的结果 ;同时也进行了实验验证 ,实验结果证明了设计方法、理论推导以及程序设计的正确性     

高斯光束整形非球面透镜的粒子群优化设计方法

提出了一种设计激光光束整形系统的新方法粒子群优化算法。根据能量守恒定律,推导出光束整形系统中任意光线与入射面和出射面交点坐标之间的变换关系,并把用此变换关系得到的光线与出射面的交点坐标作为目标值。把追迹光线在输出面上的交点坐标与目标值差的绝对值作为光束整形系统的能量分布变换评价函数,把出射光线方向矢量的y分量绝对值作为准直评价函数,并将能量分布变换评价函数与准直评价函数的和作为光束整形变换系统的总评价函数,依此函数作为粒子群算法中的适应度函数,对适应度函数进行极小值操作,便可得到了一个既能把光强高斯分布转换为光强均匀分布,又能近似实现光束重新准直的非球面整形透镜系统。用这种方法设计了一个单非球面凹平透镜,可以把光强高斯分布、光斑半径30 mm的红光激光光束整形为光强均匀分布、光斑半径为36 mm的平顶光束,且准直出射。证明这种设计方法简单有效。     

一种折射式激光高斯光束平顶整形器

为了将高斯光束整形为平顶的准直激光光束,在现有双非球面透镜整形器的基础上,设计了一种只使用一片非球面透镜的光束整形器。在理论模型中,提出了更加准确的非球面面形函数计算方法。经过数值模拟和光学设计软件仿真,分析了系统与激光光束参数变化对整形效果的影响,表明这种新型整形器可以使激光光束的平顶性得到明显的提高。此整形器避免了传统折射式光束整形器的体积大、不易调节等弊端,提高了器件的可靠性和实用性。     

基于平坦度的激光雷达强度图像的滤波算法

激光雷达是一种比较新的获取地面信息的方法，这种方法得到的数据不仅包括不规则间距的三维数据点云，还包括激光强度信息。现有的激光雷达数据处理方法大都是将三维数据点进行处理得到数字地面模型（DTM），对于激光强度信息的处理方法的研究比较少。针对激光雷达数据中像素级融合了三维信息和强度信息的特点，提出了一种基于高程信息平坦度的均值滤波算法。先将激光雷达的强度信息转换为灰度图像，然后在对各像素进行均值滤波处理时，融合了对应的激光雷达距离信息中该像素邻域内的高程信息。运用此算法和传统均值算法对激光雷达数据进行了处理，并且使用多种指标对处理结果进行了比较。结果表明，该算法既保持了传统均值滤波的优点，又改进了对弱边缘目标的保护。     

一种阵列天线快速波束赋形方法

介绍了一种阵列天线快速赋形方法,该方法基于Orchard综合,采用遗传算法对Schelkunoff单位圆零点的位置移动实现波束赋形。波束赋形分为两个步骤:1)根据副瓣电平采用解析法确定初始零点位置;2)以赋形区域内零点径向位移作为自由度,用遗传算法进行赋形区域单目标寻优。相对常见以阵元的幅度相位作为自由度编码的遗传算法赋形,该方法不仅有效避免了副瓣和赋形区的多目标均衡问题,而且算法自由度大幅减少,收敛速度快,能够同时实现较低副瓣电平和赋形区精度要求。通过余割平方赋形和扇形波束两个实例说明该方法的有效性,可以应用于阵列天线快速赋形设计。     

Design of Diffractive Optical Elements Used for Beam Shaping in the Fresnel Domain

In the Fresnel transform domain,an effective improvement to the conventional interative algorthm for designing the diffractive optical elements (DOEs)used for spatial beam shaping has been proposed.The algorithm can successfully achieve to design DOEs for beam shaping.Compared with conventinal algorithm,this algorithm can provide faster convergence,more powerful ability to overcome local minimum problem and better shaping quality.By computer simulation,the result has shown that the DOEs designed by this algorithm has snch advantages as high uniformity at the main lobe,low profile error and steep edge.     

利用Fabry-Perot标准具的米散射测风激光雷达接收机

介绍了基于米散射多普勒测风激光雷达的基本原理。测风激光雷达系统一般由发射系统、接收系统、信号发射接收光学系统、控制系统组成,其中接收系统在整个系统中最重要,起到信号鉴频的作用。基于测量误差最小和实际加工工艺的考虑,设计了标准具的参数和米散射测风激光雷达接收机的结构,并且把该接收机用于米散射测风激光雷达系统中并进行了标准具透过率的测量,用Pseudo?鄄Voigt函数拟合出标准具的各个参数,与理论设计相差在5 %以内。同时进行了风廓线的初步测量,与风廓线雷达Airda16000进行了比对,两者符合很好。     

光寻址液晶空间光调制器用于激光光束整形的可控系统和设计算法

提出了一种利用光寻址液晶空间光调制器(LC-SLM)来实现实时可控的激光光束整形的系统和算法.用几何变换法和盖师贝格-撒克斯通(G-S)算法对有振幅调制和位相畸变光束进行均匀分布的平顶光束整形及数值模拟,用几何变换法可以得到非常好的小尺度的均匀性输出光束,而G-S算法能够有效地改善入射光束的大尺度不均匀性.为了减少输出光束的均方根误差和顶部不均匀度,提出结合几何变换方法和G-S算法,由几何变换方法得到的相位分布为G-S算法的初始相位分布.计算机设计的仿真结果表明:利用这种算法可以有效减少大尺度的不均匀度值,并得到合适的输出光束.     

大气光学湍流廓线探测方法研究进展

激光在大气传输过程中, 由于湍流折射率的随机起伏会引起波前畸变、光斑漂移、闪烁等一系列光学湍流效 应, 因此严重制约了遥感成像系统和激光通信技术的发展。通过分析大气光学湍流对多个领域的影响, 指出了探测大 气光学湍流廓线的重要意义。要想获取光学湍流的时空分布规律并准确评估光学湍流对光学成像或激光传输系统的 影响, 就必须对光学湍流进行准确的测量。以光学湍流特征参数为视角, 介绍了目前国内外探测大气湍流廓线分布的 方法和研究进展, 总结了各技术方法的测量原理及优缺点。最后对拟开展的差分波前激光雷达探测大气湍流廓线的 方法进行了简要介绍, 该技术具有空间分辨率高且不存在聚焦焦移的探测优势。初步的仿真研究结果表明该雷达系 统对大气光学湍流廓线的探测具有可行性。     

移动通信中智能天线技术的研究

对现代移动通信系统中采用的智能天线技术进行了研究。介绍了智能天线技术的概念及发展历史;阐述了智能天线的工作原理,基本结构;列举了智能天线技术采用的波束优化滤波算法和用来定位及波束形成的DOA算法,并重点说明了现今智能天线技术采用较多的几种自适应算法;同时,还叙述了智能天线在TD-SCDMA中的应用,以及未来的发展前景。     

接收光路光束发散角对多普勒测风激光雷达测量精度的影响

介绍了已研制的基于Fabry-Perot标准具直接探测多普勒激光雷达的风速测量原理,讨论了接收光路光束发散角对测风激光雷达系统测量精度的影响.数值计算结果表明当接收光路光束发散角小于1 mrad时,由于光束发散引起的多普勒速度测量相对误差可以控制在5%之内,并在实测光路发散角的基础上分析了系统的测量误差,结果显示,在5 km时最大测量速度误差为0.6 m/s.     

外场目标激光散射特性测量及分析

在外场用已知半球反射率的靶板作为标准靶板,反演测定目标靶板激光雷达散射截面和半球反射率。由于受到随机变化的大气衰减和激光器输出能量等因素的影响,靶板角分布曲线与朗伯余弦曲线会有一定偏差,因此,采用双光路测量法来确定各个测量时刻的大气衰减系数和激光器输出能量,然后,再与半球反射率已知的标准靶板比较,计算得到目标靶板的激光雷达散射截面。实验测得的目标靶板反射率为24.9%,与实际标定值25.3%的相对误差为1.6%,满足10%的外场精度要求。通过实验测量的结果分析表明利用双光路方法对目标靶板与标准靶板进行测量,较好地消除了各个时刻的大气衰减和激光器照射能量对测量结果的影响。