激光束空间整形的研究现状

阐述了对激光器输出光束进行空间整形的必要性,介绍了目前常用的一些典型的光束整形方法和器件,并分析了各种方法的优点和缺点.     

激光束的实时空间整形方法

在高功率激光系统中,激光光束的传输与放大,需要对输出的激光光束整形,包括对激光束几何形状与光强分布的整形,才能有效地控制光束质量,提升激光系统的输出功率。目前,通常的光束空间整形方法是采用针对特定输入光束(如均匀或高斯光束)的切趾光阑(如锯齿、波纹光阑)或结合空间滤波进行光束空间整形,而实际输入的光束并非是这样的理想型光束,所以上述方法在光束的空间整形中存在一定局限性,因此,研究实时、可调的光束空间整形尤为重要。对此,本文提出了对激光束进行实时、可调控的激光束空间整形的新方法,实时产生与入射光束相关的软边切趾光阑,结合空间滤波,获得所需形状的近"平顶"光强分布的近场光束。数值模拟结果表明新方法可以对实际激光系统的光束实现实时、有效的整形。     

强激光的时间整形和空间整形——时空变换脉冲整形系统的工作特性

本专题论文分为两部分。在第一部分中,用傅里叶光学方法,对时空变换脉冲整形系统的工作特性和一些工程设计中的实际问题,作了深入的理论分析和数值计算。     

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。     

数字微镜器件用于光束空间整形

介绍了数字微镜器件(DMD)的工作原理,当DMD某像素微镜的角度固定在+12°或-12°,其在光学上等价于控制该像素的透射率为0或1。结合二元面板的设计思想,用误差扩散法对DMD各像素微镜的状态进行设计,用以对1053 nm脉冲光进行空间整形,实现了一种主动、实时的光脉冲空间整形方案。填充因子(FF)和光场调制度(FM)作为评价光束近场质量的参数,在高功率激光系统中直接影响系统的能量利用率。上述实验中,经过空间整形,光束的填充因子由33%提高为65%,光场调制度由52%降为28%,而且整形后的光斑大小与预期相符。最后对实验所用的DMD进行了能量利用率、波前畸变稳定性的测试。     

基于数字微镜阵列的平顶光束空间整形

为了满足激光光斑质量高、扫描快速的目的,采用数字微镜阵列和误差扩散法对单平顶和多平顶的光束整形原理仿真,利用680nm激光建立了实验系统,并进行了光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差3种评价参量对整形结果进行评价,并对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。结果表明,单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1%分别提高到62.3%和56.7%;光场调制度由73.3%分别降到25.6%和30.3%。利用该光束空间整形方法,可得到高质量的多平顶光束,在快速激光扫描领域有一定的应用价值。     

空间整形飞秒激光图案化加工氧化石墨烯

氧化石墨烯(GO)是结构中含有部分含氧官能团的石墨烯衍生物,通过加热、化学反应和激光诱导等方法,该材料可以被还原。激光辐照可以诱导一定区域内的GO发生还原反应,具有灵活、区域选择性良好、无需特殊环境等优点。提出了一种基于空间整形的飞秒激光图案化加工GO的方法,即空间整形激光辐照法,分别采用空间整形激光辐照法和激光逐点扫描法在GO上加工图案,并对加工结果进行表征和对比,分析了辐照时间、激光通量等参数对加工结果的影响。结果表明空间整形激光辐照法可以图案化加工GO并使加工区域的GO被还原,从而提高图案化加工效率,且该方法具有良好的可重复性和图案灵活性,在制备GO基底的微电路、微器件方面具有应用潜力。     

二元矩形位相光栅用于高斯光束的空间整形

本文研究了透射式二元矩形位相光栅实现高斯光束空间整形的基本原理,并作了理论推导;提出了光栅加工的技术指标,对实验工作作了具体描述,并分析了实验结果。透射式二元矩形位相光栅的主要技术指标为:栅槽宽度:1.5mm;栅槽深度:0.55μm;光栅有效尺寸:15mm;透射率:大于90%;波长覆盖:0.55μm～0.65μm;破坏阈值:平均功率10W。整形参数:功率效率:大于75%;能量效率:大于90%;衍射距离要求:大于10m;整形后光束强度的径向非均匀起伏:小于9.3%。     

超高斯平顶分布光束空间整形技术研究

高能激光器为了获得高光束质量的方形超高斯平顶分布的激光输出,需要对注入的高斯激光脉冲的几何轮廓和强度分布进行空间整形。数字微镜器件(DMD,digital moero-mirror device)是一种性能优异的、基于数字调制的空间整形器件,具备对比度高、分辨率高和抗干扰能力强等优点,非常适合高能激光器高电磁干扰的工作环境。基于DMD,研究了光束空间整形的算法和实验研究。通过二次整形,光束近场调制度(光强的最大值比平均值)由一次整形后的1.85∶1下降到1.33∶1,改善了28.1%,能量损耗为35.7%;并且,二次整形后的光束具有极强的稳定性,在写入整形光阑不变的情况下,输出光束近场调制度的分散度仅为1.77%,降低了环境的变化、"噪声"的随机分布对光束强度分布的影响。     

激光光束的整形技术

本文简要概括了激光光束整形技术的发展和研究现状。就几种典型的光束整形技术,如非球面透镜组整形、微透镜阵列整形、衍射光学元件整形、双折射透镜组整形、液晶空间光调制器和圆锥镜等整形技术作了分类评述和讨论。介绍了各种整形的技术特点和实现方法,指出了这些整形技术尚待解决的一些问题,并展望了它们的可能应用领域和发展前景。     

基于半导体激光器的脉冲整形技术

论述一种新的激光脉冲整形方法-利用任意形状的整形电脉冲直接驱动半导体激光器,产生与电脉冲形状一致的激光脉冲, 作为高功率激光装置的种子光源。使用GaAs 场效应管作为开关器件,使用超宽带脉冲触发场效应管产生整形电脉冲,引入阻抗渐变微带技术克服了触发脉冲损耗对级联场效应管数量限制,将整形电脉冲脉冲宽度扩展到10 ns。以整形电脉冲直接驱动半导体激光器,可产生脉宽为10 ns,时域调节精度为330 ps 的任意整形激光脉冲。     

Innovative pulse shaping for high-performance wireless TDMA

This letter introduces a novel pulse shaping scheme that enables receivers to demonstrate high performance in wireless fading environments. Called carrier interferometry pulse shaping, pulses are created by the superposition of N carriers. At the receiver, low probability-of-error performance is achieved by breaking the pulse into its frequency components and optimally recombining to create frequency diversity benefits. When implemented in a wireless TDMA system, simulations indicate 5-8-dB improvement at probability-of-error of 10 ^-2 over traditional Gaussian pulse shaping with decision feedback equalization (DFE(6,4)) in hilly terrain (HT) and typical urban (TU) channels     

提高半导体激光二极管功率密度的光束整形方法

针对半导体激光二极管由束散角大（14~46）导致的激光功率密度在传播过程中不断衰减的问题,提出了一种提高激光功率密度的光束整形方法。首先以X型柱面平凸透镜和Y型柱面平凸透镜对激光二极管输出光束慢轴和快轴方向进行准直,然后通过一对平凸透镜组合进行扩束,进一步提高光束平行度,最后由单片平凸透镜将光束聚焦为高功率密度的光点。采用Light Tools软件仿真光路、优化光学元件参数,对光学元件进行实际选型后安装并调试光束整形系统。测试结果表明:半导体激光二极管输出光束的67%激光能量汇聚于直径1 mm圆内,激光功率密度优于30 W/cm2。     

激光光束整形的设计和研究

提出了一种加工工艺成熟、利用率高、实现过程简单的位相透镜光束整形方法。采用几何变换方法进行激光高斯光束平化的研究和设计,给出了模拟设计结果并作了简要分析     

Femtosecond direct space-to-time pulse shaping

The direct space-to-time (DST) pulse shaping apparatus is investigated both theoretically and experimentally. The discussion shows how the operation of the DST pulse shaper may be understood in terms of the femtosecond response of a generalized spectrometer. A complete discussion of the advantages and tradeoffs of utilizing this pulse-shaping configuration is given, including the direct scaling between the masking function and the output temporal intensity profile, system efficiency, spectral resolution, and temporal window, compensation/cancellation of chirp, and generation of multiple output waveforms     

Baseband pulse shaping

The use of the Gaussian pulse amplitude modulated with a sin x/x waveform for baseband pulse shaping is suggested. This produces less intersymbol interference than in the commonly used procedure employing gradual roll off in the frequency domain. Further the frequency characteristic also falls off as fast as exp (?x2) asymptotically.     

基于脉冲整形的激发双重态间的相干布局操控

为了实现红外飞秒脉冲的整形及调控,采用4f系统相位控制技术,实验搭建了脉冲整形装置,并利用整形脉冲对铷原子体系中激发双重态间的相干布居转移进行操控。结果表明,控制抽运脉冲的附加相位,可实现双重态中上激发态的饱和布居,通过修改附加相位函数可将上、下激发态的布居数反转。整形脉冲同样适用于其它的原子和分子系统的相干布居转移的操控。     

Experimental demonstration of pulse shaping and shortening byspatial filtering of an induced-phase-modulated probe wave

An asymmetrically induced phase modulation resulting in an intensity-dependent spatial beam deflection and a subsequent spatial filtering have been used for all-optical pulse shaping and shortening. A compression factor of eight and controllable symmetrical super-Gaussian pulses and pulse trains have been observed in a good agreement with previous analyses in a pump-probe beam configuration