激光束的参数描述

基于对激光束按空间对称性和空间相干性的分类,对激光束的参数描述进行了研究.以有扭曲的各向异性高斯-谢尔模型光束、有扭曲的各向同性高斯谢尔-模型光束、各向异性高斯-谢尔模型光束、旋转简单像散高斯-谢尔模型光束、准直简单像散高斯-谢尔模型光束、各向同性高斯-谢尔模型光束、复杂像散高斯光束、旋转简单像散高斯光束、准直简单像散高斯光束和无像散高斯光束为典型例,对它们的分类和独立特征参数的数目作了详细分析.对一些相关问题也作了讨论.     

阵列光束棱镜扫描光束指向及点云精度分析

在面阵扫描成像激光雷达中，阵列光束照明与棱镜扫描相结合实现了高能量利用率、高分辨率和宽探测视场，但阵列子光束倾斜入射棱镜，破坏了光束传输的旋转对称性，棱镜对子光束偏转能力存在差异，规则光束阵列产生了形状畸变，导致光束指向误差，影响点云位置精度。首先，将阵列光束与棱镜结合的圆锥扫描方式分解为多角度入射多波束并行扫描，通过所有子光束的传输特征来综合表征阵列光束传输特征；然后，采用三维矢量光学方法推导了阵列光束在棱镜中的传输过程，建立了子光束指向变化与棱镜扫描角度的关系；最后，通过对机载激光雷达棱镜扫描成像过程的数值仿真，建立了光束指向变化与点云数据质量的联系。仿真结果表明：阵列光束(3×3)棱镜扫描系统在航高0.5 km时，光束阵列畸变导致平面误差RMS约为5 cm，并随航高呈线性变化；斜率约为0.1 m/km，并随着阵列光束规模和子光束角间距增加点云平面精度随之下降。通过对棱镜扫描过程中光束阵列畸变规律掌握，为后续机载飞行试验数据的校正、阵列光束结合多棱镜扫描系统的设计提供了基础。     

Yb···GdYCOB晶体涡旋激光器

采用光强分布为环形的半导体激光器端面抽运Yb…GdYCOB晶体,实现了激光谐振腔直接发射涡旋激光。通过测量输出激光光束的空间强度分布、光束品质因子、光束纯度以及光束的波前相位信息,证实激光器输出的光束为高纯度涡旋光束。当抽运功率为3.2W时,最大输出功率为281mW,光-光转换效率为8.7%,斜率效率为21.7%。     

高功率激光器的光束控制研究

对强激光光束控制和参数评价等强激光领域的一些理论作了介绍和分析,以平顶高斯光束(FGB)为例,推导出了它通过无光阑和有光阑的近轴ABCD光学系统传输的解析表达式.阐述了几种实用光束传输变换的方法,总结了影响强激光光束质量的主要因素.以高功率激光的应用需求为背景,研究高功率激光的光束传输变换、光束质量评价和光束控制问题,为相关领域应用提供理论基础和计算依据.     

平顶光束生成器

StockerYale公司的平顶光束生成器是一种光束整形模块,它可以把高斯光束转化为聚焦、准直或发散成平顶能量分布的光束,即使经过较长距离也可以保持光束能量和强度的高度均匀。StockerYale公司的平顶光束生成器适用于紫外、可见光以及近红外波段的激光器,易于与StockerYale公司的Lasiris或其它类型的激光器相集成。     

阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展

相比单束光,阵列光束由于各光束之间互不相干,可以减小大气湍流引起的接收光强起伏。特别在激光照明和通信等应用场合中,非相干合成光束可以明显提高照明均匀性和减小通信误码率。简要介绍了相干合成阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展。针对非相干合成阵列光束在减小光强闪烁的优势,回顾了非相干合成阵列光束在激光主动照明、星地激光大气通信方面的实验研究结果;详细总结了子光束为不同类型的非相干合成阵列光束的理论研究方法和结果,包括不同波长光、基模高斯光、部分相干高斯光和艾里光。实际中子光束一般为部分相干光,它们互相之间存在相干性。提出了下一步应深入开展研究的问题为阵列光束大气的光强闪烁。     

光束控制系统中热效应的数值模拟

编制了四维仿真程序,用以研究光束控制系统中的热效应对强激光传输的影响.作为数值模拟例,用Strehl比、可聚焦能力(即86.5%环围功率半径)、像散参数和光束重心偏移表征远场光束质量,研究了初始场分布为高斯和平顶分布的光束通过光束控制系统传输时热效应对远场光束质量的影响.结果表明,远场光束质量与初始场的空间分布有关,且随发射功率增大而变差.     

贝塞尔高斯光束经菲涅尔波带片产生特殊聚焦光强分布

基于衍射光学方法,研究了不同阶数的贝塞尔高斯光束经过环形菲涅尔波带片后,在波带片的焦点附近所形成光强分布。入射光束为高阶贝塞尔高斯光束,聚焦区域获得了空心光强分布,入射光束的阶数越高,空心尺寸越大;菲涅尔波带片的数目越多,空心长度越短。入射光束为零阶贝塞尔高斯光束,在聚焦区域获得了针形光束和局域空心光束。这些具有特殊光强分布的光束在激光加工以及粒子囚禁等领域有着潜在应用价值。     

板条激光器光束质量评价及提高光束质量的方法

针对板条激光器输出光束形态为条形的特点,分析了各种光束质量评价方法对板条激光器输出光束质量评价的适用性,并选出了一种最适合板条激光光束质量的评价方法。高功率板条激光器要输出高光束质量的光束,可以在板条激光器的设计阶段采用相关技术来提高输出光束质量,对输出后有像差的光束可经整形后,采用自适应光学技术来提高光束质量。     

计算全息法产生涡旋光束的实验

基于计算全息法,通过计算和模拟得到了涡旋光束与平面光束干涉所产生的位错条纹,用胶片记录位错条纹并制作成位错光栅,在自行设计搭建的光路中进行实验获得1~4 阶的涡旋光束。实验结果表明,各阶涡旋光束的空心半径随着阶数的增大而逐渐增大,与理论分析相符合;实验进一步观察到各阶光栅的二级甚至三级衍射光束,当入射光束中心与光栅位错中心重合时,能够产生光强分布对称的涡旋光束,当光束中心和光栅中心不重合时,产生的涡旋光束的光强分布不对称。这为后续以涡旋光束为捕获光束的光镊实验的进一步拓展及应用提供了理论和技术支持。     

提高激光束整形质量的新方法

从设计优化算法和拟合方法两方面,研究了提高二元光学元件(BOE)激光束整形性能的方法。利用盖师贝格-萨克斯通(GS)算法和平滑修正法相结合的混合算法以及改进的平滑修正法,在保持顶部均匀性的前提下提高了能量转换效率,在极坐标下得到了高质量的均匀圆光束和空心环形光束输出。研究了元件半径、采样点数和初始半径与拟合精度之间的关系。在Zemax中得到了合理的BOE相位结构,输出光束满足设计要求。     

Generation of Bessel Beams at mm- and Sub mm-wavelengths by Binary Optical Elements

In this paper, binary optical elements (BOE’s) are designed for generating Bessel beams at mm- and sub mm- wavelengths. The design tool is to combine a genetic algorithm (GA) for global optimization with a two-dimension finite-difference time-domain (2-D FDTD) method for rigorous electromagnetic computation. The design process for converting a normally incident Gaussian beam into a Bessel beam is described in detail. Numerical results demonstrate that the designed BOE’s can not only successfully produce arbitrary order Bessel beams, but also have higher diffraction efficiencies when compared with amplitude holograms.     

用改进的模拟退火算法设计二元光学阵列器件

为提高收敛速率,本文对模拟退火（SA）算法进行改进,并用此改进算法设计用于产生大扇出系数、任意形状分布光阵列的二元光学器件,其衍射效率设计值达85％以上,输出阵列不均匀性小于3％。     

二元光学元件和半导体激光器集成系统的设计研究

本文设计了一个用于改善大功率半导体激光器发散角特性的二元学元件,并提出将该元件与半导体激光器集成一起,构成一个整体化的新型微小光学系统,然后通过调节外加的几何光学透镜,在长达１００米的红外远距离大工率半导体激光器照明系统中将得到利用。     

一种新型的卫星光通信高速跟瞄探测装置

卫星光通信(IOC)的跟瞄(PAT)子系统中，高的角度偏差检测频率对于保证链路稳定和通信质量具有重要价值。针对高速PAT角度偏差检测的需要，设计了一种基于二元光学器件(BOE)的新型角度探测装置，并给出用于此装置的改进光斑形心算法。入射到光通信终端的光束经BOE的整形和聚焦后，通过线阵CCD即可实现二维角度偏差探测。仿真结果表明，角度探测频率可达数10kHz，最大测角相对偏差2．84％，BOE效率83．9％。与传统的面阵CCD二维测角装置相比，新装置算法复杂度由O(N^2)降低到O(N)，同时系统的硬件部分复杂度也得到了极大简化。     

对达曼光栅进行二维扩展的矩形孔径光栅设计

介绍一种二元光学元件的设计方法。为了克服达曼光栅在二维设计上的局限性,采取均匀采样的矩形孔径编码方式进行优化设计。结果表明:与达曼光栅相比,不仅可将总衍射效率提高10 %以上,还可得到更多样的二维设计图样,只是输出点阵均匀度略低于达曼光栅。因此,在均匀度要求不太高的高强光束变换中,这种二值型位相光栅的设计方法对于设计二维衍射图样十分简便有效,且其计算结果易于加工制作,具有很高的应用价值。     

输入光束光斑半径变化对BOE整形环的影响

在已设计的16阶用于将He-Ne基模高斯光束转换为厚环形光束二元光学元件基础上,模拟计算了输入光束光斑半径变化对所设计的二元光学元件整形环效果的影响,模拟结果显示,当光斑半径偏离设计值在±50μm范围内,环上均匀性的均方误差不超出设计值的5%.同时,给出了输入光斑半径为1.745mm时的实验结果及660nm半导体激光实验结果.     

整形二元光学元件衍射效率的研究

设计了用于将He-Ne激光基模光束整形为环形光强分布的光束二元光学元件;并进行了实验分析,在实验中,主要改变输出面距BOE的距离L,测得输出面的衍射效率,并与数值计算相比对.     

输入输出距离变化对BOE整形环强度的影响分析

利用杨 -顾相位恢复算法设计了 1 6阶光束整形器 ,用以将 He- Ne激光基模光束整形为环形光强分布 ,并进行了实验分析 ,在实验中 ,改变输出面距输入面 (光束整形器 )的距离 L,测得输出面的衍射光强分布 ,并与理论模拟相比对。研究结果表明实验结果与理论设计及模拟相吻合     

整形二元光学元件衍射效率的研究

设计了用于将He-Ne激光基模光束整形为环形光强分布的光束二元光学元件;并进行了实验分析,在实验中,主要改变输出面距BOE的距离L,测得输出面的衍射效率,并与数值计算相比对.