基于二维PSD的激光准直系统研究

提出了一种以二维位置敏感传感器（PSD）作为反馈元件来实现激光光束自动准直的设计方案,同时建立了测量控制系统的数学模型。经过测试与理论分析,激光光束的准直控制范围不大于20μm,且此准直系统具有结构简单、调节快速的特点,可以广泛用于零件形位误差检测与机械安装调试过程中快速建立光学基准。     

高精度激光光束准直系统设计

为了进一步提高激光光束用作直线基准的精度,建立了基于反射镜平动式光束稳定器以及两点式光束漂移分离法的高精度激光光束准直系统。首先,对系统中基于反射镜平动的光束稳定器进行研究,对其光束偏转原理以及影响因素进行分析,并对两点式光束漂移分离方法进行介绍。然后,对光束偏转单元的分辨力以及偏转范围、所使用的压电陶瓷非线性和迟滞特性、以及光束偏转单元的频率响应特性进行实验测试。最后,对该激光准直系统的激光光束准直精度进行测试。实验结果表明本文提出的光束偏转单元在120μrad范围内的光束偏转分辨力可以达到5 nrad,频率响应特性高于2 kHz;最终激光准直系统的准直精度在二维方向上分别达到1.9×10^-8 rad和2.1×10^-8 rad,相对于现有技术约提高了3倍,满足激光光束用作高精度直线基准的需求。     

热透镜效应对激光光束准直的影响

利用高斯光束传播定律,分析了热透镜效应对激光光束准直的影响,对两种不同的腔型做了数值模拟与计算,并计算了经具有不同MT因子的调焦望远镜系统准直后的激光光束的发散角与光斑尺寸。通过计算与分析表明,对于同一高斯光束,用MT因子较大的系统可以获得更好的准直效果,准直后光束的发散角更稳定。     

基于荧光成像的准分子激光系统多路光束自动准直

研究了基于准直光束成像的准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统的多路光束自动准直,实现了激光在放大器中的多程放大及高的靶面指向精度。采用352nm He-Cd激光作为准直光源,提出了多光束感光屏同步接收与可见光CCD荧光成像相结合的复合图像采集技术,解决了自动准直系统多路激光的近场、远场图像获取问题。利用图像区域分割处理方法编制了准直信息处理软件,实现了对多光束的自动准直闭环反馈控制。最后,结合准分子激光MOPA系统中的预放大器光学设计进行了自动准直验证实验。结果表明:准直成像光强可调谐倍数为300,成像系统在放大器窗口处固有误差占放大器口径比例小于设计值1.08%,3路激光的自动准直时间为40s,完全满足放大器的几何填充和能量提取要求。     

电子束泵浦准分子激光放大器的双程光路自动准直

提出了一种电子束泵浦准分子激光放大器的双程光路准直方法,以保证光束在放大器中按照预定方向传输,并使多路光束稳定精确地照射靶面.首先,鉴于准分子放大器中无天然准直基准提出了利用双叉丝像传递光路进行准直的方法,即把输入光束叉丝基准作为“近场点”,把输出光束叉丝基准作为“远场点”,并设计了放大器准直光路,编写了相应的软件.然后,在现有实验室条件下开展了电子束泵浦准分子激光放大器双程光路的自动准直实验.最后,分析了影响该方法的相关因素及准直精度.实验及分析表明,设计的准直系统在较短时间内实现了预定传输光路的自动准直,系统自身精度为0.63μrad,光束最大复位误差为13.75 μm,满足了电子束泵浦准分子激光放大器双程光路自动准直的要求.     

高斯光束的光学变换

本文从高斯光束和几何光学概念出发,分析了光学系统传输高斯光束的参数选择原刚,提出了某些设计要求。并以准直系统为例分析了激光准直系统对高斯光束的变换特性,还推导了光束扩展比的一般关系式。     

LD准直透镜光能耦合效率与波差的理论分析

ＬＤ准直透镜光能耦合效率与波差的理论分析陈海清，阮玉，常洋燕（华中理工大学）０引言激光二级管发射的光束是发散的，需经过椭圆光束准直，整形及象散校正，从而获得发散度小准直度高的光束，同时还要考虑系统的光能利用效率与波差问题。准直透镜的作用是把ＬＤ所发出...     

多波长激光扩束器的光学设计

在激光雷达以及光谱仪定标时常常需要较宽以及高准直性的激光光束。设计了一出射光束为16mm,扩束比为20倍的激光扩束器光学系统。通过移动激光扩束器的物镜与目镜间隔,可以实现光谱范围在543.5~850nm的激光扩束;比较了使用该激光扩束器发射的准直激光束与理想的单色平行光充满成像光谱仪的入瞳孔径后成像光谱仪传递函数的变化,说明该光学系统可行。     

微束衍射仪中的光束准直技术

本文介绍X射线衍射仪中微束衍射仪(MDG)的光束准直技术。对准直的概念及各调节机构在光束准直中的功能进行了分析。提出一种简单快速的光束准直方法。     

卫星激光测距中发射光路光机结构设计

在卫星激光测距过程中,为了保证望远镜系统接收更多的能量,必须压缩出射激光光束的发散角,减小照射到卫星上的激光光斑尺寸。激光发射系统的主要作用是就将激光器发出光束进行直径放大并准直,是卫星激光测距光机系统中的重要组成部分。在研制某型号卫星激光测距系统中,根据技术指标对两级扩束光学系统、机械结构以及二维电动调整机构进行了详细论述和设计。实践证明,该套系统的光学系统在进行激光光束扩束、准直的同时,通过二维电动调整机构实现了实时调整激光光束的出射方向,满足了设计指标的要求。     

基于激光莫尔信号精密定位装置的精度提高

为提高基于激光莫尔信号精密装置的定位精度 ,本文探讨了激光束束径与激光莫尔信号的依存关系 ,给出了与光栅衍射缝隙条数相对应的最小激光束束径的大小。其次还说明了激光源的光强度变化对精密定位装置的定位精度影响     

MAST YAG Thomson scattering upgrade alignment system

The recent upgrade to the MAST YAG Thomson scattering while enhancing the diagnostic capabilities increased the complexity of the system. There are eight YAG lasers now operational, doubling the number from the previous setup. This means alignment between each laser individually and reference points is essential to guarantee data quality and diagnostic reliability. To address this issue an alignment system was recently installed. It mimics the beams alignment in MAST by sampling 1% of the laser beam that is sent into a telescope which demagnifies by a factor of 8. The demagnified beam is viewed with a CCD camera. By scanning the camera the profile and position of the beams in the scattering zone and in a range of several meters inside MAST can be determined. Therefore alignment is checked along the beam path without having to sample it inside the vessel. The experimental apparatus and test procedures are described.     

Experimental study of new laser-based alignment system at the KEK B-factory injector linear accelerator

A new laser-based alignment system for the precise alignment of accelerator components along an ideal straight line at the KEK B-factory injector linear accelerator (linac) is under development. This system is strongly required in the next generation of B-factories for the stable acceleration of high-brightness electron and positron beams with high bunch charges and also for maintaining the stability of injection beams with high quality. A new laser optics for the generation of a so-called Airy beam has been developed for the laser-based alignment system. The laser propagation characteristics both in vacuum and at atmospheric pressure have been systematically investigated in an 82-m-long straight section of the injector linac. The laser-based alignment measurements based on the new laser optics have been carried out with a measurement resolution of ±0.1 mm level by using an existing laser detection electronics. The horizontal and vertical displacements from a reference laser line measured using this system are in good agreement with those measured using a standard telescope-based optical alignment technique. In this report, we describe the experimental study in detail along with the basic designs and the recent developments in the new laser-based alignment system.     

大功率光纤传输连续激光焊接系统

介绍了大功率Nd:YAG光纤传输连续激光焊接系统的设计原理，特性及其在工业中的应用，利用四棒串接，动态调整等技术在国内率先获得了1280W的固体激光输出，采用光纤实现了大功率激光的远距离柔性传输；提供了大板拼焊的激光设备。     

Alignment of the writing beam with the diffractive structure rotation axis in synthesis of diffractive optical elements in a polar coordinate system

A method is developed to ensure precise alignment of the origin of a polar coordinate system in which the laser beam position is defined in writing diffractive optical elements with the optical workpiece rotation axis. This method is used to improve the accuracy of a circular laser writing system in writing large-scale diffractive optical elements in a polar coordinate system. Results of studying new algorithms of detection and correction of positioning errors of the circular laser writing system in the course of writing are reported.     

ICF束靶耦合监测方法及其精度分析

在惯性约束聚变（ICF）实验中,为了实现聚变点火,需将入射激光准确的引导到实验靶的指定位置,即实现高精度的束靶耦合,束靶耦合精度是衡量激光驱动装置的一个重要指标,随着ICF技术的发展,激光驱动装置的单束激光功率越来越高,入射激光光束也越来越多。如何实现高精度、高效率的束靶耦合监测是本文主要研究的内容。本文主要介绍了几种束靶耦合监测方法,包括靶室外直接监测,靶室内直接监测,靶室内基于共轭原理的传感器监测等三种方法,分析了各方法的优缺点,并重点对基于光学共轭原理的传感器的耦合精度进行了研究,分析了图像测量误差,CCD保护玻璃引入的误差,调焦导轨运动时引入误差及传感器标定装校时引入的误差。经过实验测试及精度分析,共轭式传感器引入的束靶耦合误差为±10m。采用这种基于光学共轭的原理的传感器,可以实现大型激光驱动装置的快速、高精度束靶耦合。     

极坐标激光直写系统光轴和转轴对准的光栅反射对准法

提出一种光栅反射对准法:在极坐标激光直写系统中利用光栅反射聚焦光斑来校准光轴和工件台的转动轴;被光栅反射的聚焦光斑成像在CCD上。当聚焦透镜的光轴和工件台的转动轴存在对准误差时,如果转动光栅,激光光斑将在光栅上扫描出一个圆形轨迹。通过观测这个轨迹,能估算出光轴和转轴的对准误差并相应地做出调整减小对准误差。采用光栅反射法,现将光轴和转轴的对准误差减少到小于0.5μm。