整形为平顶洛伦兹光束的非球面透镜组研究

高斯光束整形为均匀平顶光束在激光加工、激光驱动核聚变等方面有着重要应用。以平顶洛伦兹函数作为输出光束强度分布,采用非球面透镜组整形方案,通过分析平顶洛伦兹函数阶数和半高宽对整形效果的影响,使用最小二乘法拟合非球面面型,最后透镜组由ZEMAX软件进行光学仿真,结果表明,选用阶数为25,半高宽增大时,整形效果越好,在中心一定区域能达到理想的平顶光束输出。     

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.     

光束整形对激光诱导击穿光谱稳定性的改善

使用衍射光学元件将高斯激光光束整形为能量分布均匀的平顶激光光束,对比了两种激光诱导铜等离子体的特性,研究了光束整形对激光诱导击穿光谱稳定性的改善作用。研究结果表明:激光光束能量分布的均匀性引起了烧蚀坑形貌以及单次烧蚀量的差异,高斯激光和平顶激光诱导光谱的强度、等离子体温度和电子密度的相对标准偏差分别为12.33%和6.37%、2.10%和1.32%、5.31%和0.65%;光束整形后激光诱导击穿光谱的稳定性得到了明显改善,两种激光诱导产生的等离子体均呈局部热力学平衡状态。     

小孔径高斯光束整形元件的优化设计

高斯光束整形一直是二元光学研究领域中十分活跃的课题，虽然国内外学者对二元光学元件（BOE）的设计方法、优化算法以及整形光斑的形状等进行了广泛的研究和探讨，但都没有对输出光斑的尺寸进行讨论．本文是在考虑使输出光斑尺寸尽量小的前提下，对通过傅里叶变换系统将圆对称的高斯光束变换成均匀平顶光束的二元光学元件进行优化设计的，并根据测不准关系对光斑所能压缩的尺寸极限进行了初步探讨．光束的整形是将某一输入平面上光束的复振幅分布经光学系统变换为输出平面上符合要求的光束复振幅分布．本文采用的博里叶交换系统仅由一位…     

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。     

二维光束整形的衍射光学元件设计

采用加权串行迭代算法(WSI)设计衍射光学元件(DOE)，将二维圆形高斯分布的激光光束分别整形为二维正方形和三角形的均匀光束，同时实现了光束形状改变及振幅分布均匀化的功能．模拟计算结果表明，用WSI设计得到的输出波形形状基本达到要求，转换到均匀区的能量效率分别达到95．3％、93．6％．     

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。     

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。     

基于非球面镜像差效应的长焦深高斯光束均匀化光学系统设计

近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而,高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度,实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布,但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此,本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统,系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成,所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜,能够实现99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为1064 nm,工作距离为1000 mm,系统总长为135.2 mm,耐受激光功率不小于300 W。设计结果表明:整形后的平顶高斯光束有效焦深为±100 mm,光束均匀性≥95%,会聚角为17.52 mrad,能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统,具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。     

泵浦光为平顶光束时对DPL泵浦效果的影响

采用平顶高斯光束模型来表示平顶光束,并定义平顶高斯光束的阶数N为平顶度。利用从激光器的四能级速率方程出发得到的交叠积分理论,通过计算,发现平顶的光束半径以及平顶度会严重影响到激光器的阈值泵浦功率和斜效率等参数,绘制了相应的变化曲线。在此基础上结合实际,讨论了单根光纤和多根光纤耦合LD的输出光束的光场分布,并利用已建立的平顶光束模型分析了它们的泵浦特性。     

高功率脉冲激光器抗失调谐振腔的研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光器特别是高功率脉冲激光器的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内外圆锥面组合反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了新型激光谐振腔的单脉冲输出能量和直角内外圆锥面组合反射镜失调角的关系以及新型腔激光器在全反镜失调时输出光斑的改变,并和平凹稳定腔脉冲CO2激光器进行了比较。实验结果表明,若两种激光器的全反镜失调角相同,组合锥面全反镜谐振腔激光器的单脉冲输出能量降低的程度不到平凹腔激光器的50%。在组合锥面全反镜失调角达到6′时,新型激光谐振腔激光器输出光斑形状没有明显变化。新型激光谐振腔的抗失调稳定性远超过平凹稳定腔。     

新型板条激光器的离轴混合腔模场计算

报道了一种新型双板条离轴混合腔激光器。这种激光器结构通过改变传统的冷却方式和采用特殊的谐振腔设计，将使从第一块介质板条高温一侧出射的激光对称地进入另一块板条的低温一侧，从而可对由于温度分布不均匀造成的波面畸变进行一定程度的自校正，减少热效应的影响，可望提高激光器的输出功率和光束质量。利用快速傅里叶变换（FFT）对这种激光器的近场、远场以及相位等模场特性进行了数值计算。分析了波面畸变对输出光束质量的影响，并与常规双板条激光器进行了比较，结果表明这种新型双板条离轴混合腔激光器可以实现一定程度的波面畸变自补偿，从而获得更好的输出光束质量。     

TEA CO2激光器同轴非稳腔光束质量

TEA CO2激光器作为推进系统的理想新能源之一,在提高单脉冲能量的同时,为了保证远距离传输效率,必须对其光束质量提出适当要求。通过漫反射法及分光束法精确测量了1Hz下TEA CO2激光器在平-凹型稳定腔和改进的带有涡流管冷却系统的同轴非稳腔的光束发散角,在得到稳腔β=12.53的情况下,采用改进后的同轴非稳腔,β=3.28,且单脉冲能量损失很少。这一结果对继续研制激光推进系统中大体积高能TEA CO2激光器是很有帮助的。     

延迟位相在大功率CO_2多模激光束传输与聚焦中的重要性

采用激光光束的延迟位相分析法,研究了大功率CO_2激光束传输与聚焦时光束横截面的大小和光强分布的变换规律。采用大功率激光束光斑质量诊断仪测量了TLP6000型CO_2激光束在不同位置处横截面的大小和光强分布,理论分析与实际测量结果相吻合。根据延迟位相分析法,设计了在焦点附近获得最小的光强起伏变化的光学变换系统。     

部分端面抽运板条激光器腔镜倾斜问题研究

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器．配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素，快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法，利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响，并分析了光束质量的变化。理论分析表明，腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大，但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大，远场发散角和光束腰宽度也增大，光束质量虽然存在恶化的趋势，但光束质量因子肝值仍然较小，离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。     

提高激光标线器线斑光强均匀性的高阶模法

基模激光光源的光强高斯分布,使得激光标线器的线斑光强分布不均匀。提出了一种用TEM20,TEM40类的高阶模光源代替基模光源的方法。这类高阶模的一个正交方向上的光强分布为几个高斯轮廓的叠加,相对于基模光强的单个高斯分布提高了均匀性。当相邻两高斯分布间间距越小时,高阶模光强分布越均匀。实验通过使激光二极管(LD)相对于腔模轴线横向偏离得到高阶模。通过对横向偏距的精确控制,来控制相邻高斯分布的间距。在激光标线器1 m工作距离处,分别在基模和高阶模作为光源的情况下测得线斑光强数据。数据表明,高阶模光强分布的多瓣叠加特性能提高线斑的光强分布均匀性。     

新型偏振式CO2波导激光器

为了简化偏振式CO2波导激光器的结构与制造工艺,提出了一种具有新型起偏装置的偏振式CO2波导激光器.该起偏装置就是一矩形波导型阴极.利用位于放电波导口处的矩形波导型阴极对腔内光束的特殊作用,使得只有某一偏振方向的光束才能在光腔内形成稳定的振荡,从而输出稳定的偏振光.从理论上分析了该器件的起偏机理,并通过实验测定了该器件的偏振度指标.该新型器件具有结构与工艺简单、价格低廉等特点,其输出光的线偏振度大于98%.     

高功率中空气体激光器的近场特性研究

对高功率中空二氧化碳(或一氧化碳)激光器的输出特性进行了分析,详尽研究了中空激光束的传输特性及其光强分布,给出了近场光束的解析表达式。结果表明,输出光束在中心有一片光强为零的暗区,因此,中空光束可以用于平板照相、材料处理、光钳、光学扳手以及激光打孔等。     

大功率CO2混合模激光束传输参数的精确测量

根据大功率 CO2 混合模激光束横截面强度分布的变化规律 ,任选两个横截面的强度分布 ,采用数值迭代方法 ,精确计算出混合模传输的光学参数。