对激光束M2参数问题的一点认识

讨论与M2参数有关的一些问题.当采用光束二阶强度矩方法定义光束光斑大小和远场发散角时,M2参数满足M2≥1.但当改变其定义后,例如,采用86.5%(或其它百分比)功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角时,由此定义的M2参数(Mpc2)的最小值是多少,什么样的光束具有最小的M2参数(Mpc2).本文在采用86.5%(或其它百分比)功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角的前提下,对这些问题进行了讨论.结果表明:共焦腔的输出光束应具有最小的M2参数(Mpc2);当采用86.5%功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角时,M2参数(Mpc2)仍满足:Mpc2≥1;但当采用其它百分比定义时,M2参数(Mpc2)有可能小于1,Mpc2的大小取决于所定义的光斑半径内包含的光功率的百分数.     

部分相干脉冲光束的M2因子

研究了部分相干超短脉冲光束的M2因子。从时空维格纳分布函数出发,以高斯-谢尔(GSM)脉冲光束为例,导出部分相干超短脉冲光束的M2因子公式。给出了空间完全相干高斯脉冲光束和准单色高斯-谢尔脉冲光束的M2因子。由于受脉冲光束带宽及空间相关度的影响,高斯-谢尔脉冲光束的M2因子总是大于1。研究结果表明,M2因子随脉冲光束带宽的增大而增大,随空间相关度的增大而减小。此外,对于啁啾高斯-谢尔脉冲光束,M2因子还随啁啾参数的增大而增大。     

非旋转对称光束的像散系数aZF

基于二阶矩定义,综合考虑像散光束的非旋转对称性,提出采用M4参数来描述光束的像散特性。推导出了在指定方位角上像散基模高斯光束、像散厄米高斯光束传输和像散光束的束腰、发散角的解析表达式,提出采用像散系数aZF表示光束的像散特性,最终给出了用像散系数aZF表达的M4参数(Mxx4、Myy4、Mxy4和Mr4)的解析表达式。另外,根据实测光束的M4参数反过来也可以求出光束的像散系数aZF及光束在主方向上的M4参数等。光束经过无像差旋转对称光学系统传输时,其传输不变量为aZF、JZF1和JZF2。本文所得结果对实际工作中激光器的设计、制造和应用有重要的参考价值。     

部分相干平顶光束的M2因子、模分解及合成

推导出以模式间相互独立的厄米高斯光束为基底的部分相干平顶光束的模系数和M2因子的解析式,对部分相干平顶光束的模分解及合成进行了研究.研究结果表明,随着光束阶数M及表征光束相干性的参数w0/ν0的增加,基模的份额减小,M2因子增大.采用模式间相互独立的厄米高斯光束叠加的方法合成部分相干平顶光束的光强矩形分布与光束M2因子二者无法同时兼顾,即若要求空间分布非常接近矩形,则光束的M2因子较大,若要求光束的M2因子较小,则只能降低对光强矩形分布的要求.在实际工作中,可以通过选择恰当的基底基模高斯光束的束腰尺寸以及控制各模式的光功率,由模式间相互独立的厄米高斯光束合成部分相干平顶光束.     

对激光光束质量一些问题的认识

从对激光光束质量研究进展开始,讨论了在傍轴和非傍轴范畴内激光光束质量的一些问题,主要是非傍轴光束的光束质量评价。光束传输的非傍轴矢量二阶矩理论可用于计算多种非傍轴光束的M2因子,但对M2因子的物理解释却有困难。例如,在非傍轴范畴,M2因子依赖于束腰宽度与波长之比,并可小于1。但远场发散角之值可趋于90°,这将导致很大的M2因子值。另一方面,若将公式中的光强用时间平均坡印廷矢量z分量代替,桶中功率(PIB),或等价地,?茁 参数可推广用于评价非傍轴光束的远场光束质量。PIB表征了光束功率的可聚焦能力,是一种简明、直观评价不同激光光束的方法。然而,在?茁参数的公式中的束宽是按功率含量百分比定义的,因此双曲线传输规律不再严格成立。     

非傍轴余弦-高斯光束的传输

从功率密度的二阶矩方法出发,对非傍轴余弦一高斯(CoG)光束的传输特性进行了系统的研究.结果表明,基于二阶矩定义的束宽在传输过程中满足简单的双曲线变化规律.非傍轴CoG光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与f参数有关.在1/f足够小时,M2因子可小于1.当1/f→0时,远场发散角趋于渐近值63.435°.对于α=0(Ω0=0)的特例,非傍轴CoG光束的M2因子退化为非傍轴高斯光束的M2因子.     

计算激光束M~2因子的两种新方法

在评价激光的应用价值时，激光器输出光束的质量是一项重要的评价依据．一般讲，质量好的，应用价值就高．在实际应用中，针对不同的应用，人们提出了不同的参数作为衡量光束质量的标准．如用远场发散角、聚焦光斑尺寸、可聚焦能量等分别作为衡量激光测距、激光加工、激光核聚变驱动器光束质量的评价标准．国际标准化度量局（ISO）会议提出采用M2因子作为统一的光束质量标准．M2因子是实际光束腰斑半径和远场发散角的乘积与理想基模高斯光束对应值之比．M'因子越大，实际光束与理想基模高斯光束偏离越远．对作为比较标准的基模高斯光束，…     

非傍轴截断双曲余弦高斯光束的M2因子

基于功率密度的二阶矩方法,对非傍轴截断双曲余弦高斯(ChG)光束的束宽、远场发散角和M2因子进行了研究.数值计算结果表明,非傍轴截断ChG光束的M2因子不仅与截断参数δ、偏心参数α有关,而且与初始束腰宽度和波长之比w0/λ有关.在δ足够小时,M2因子可小于1.当δ→ 0时,远场发散角趋于渐近值63.435°.对于α=0(Ω0=0)和δ→∞的特例,我们的结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断ChG光束的M2因子.     

体布拉格光栅色散对衍射光束质量的影响

基于衍射理论,建立了光束经过体布拉格光栅衍射的光束质量分析模型。在考虑入射光束参数和体布拉格光栅参数的情况下,分析任意光束经过体布拉格光栅衍射的光场分布,计算得到二阶矩意义下的束腰和光束质量M2因子,并分析了体布拉格光栅空间周期、入射光束尺寸、光谱线宽和初始入射光束质量M2对衍射光束质量的影响。研究结果表明,衍射光束质量受体布拉格光栅和入射子束共同影响:体布拉格光栅周期越小,其空间色散越严重;入射子束尺寸越大、光谱线宽越宽、初始光束质量越差,衍射后的输出光束质量劣化越明显。该模型给出了衍射后的光束质量表示,可方便快捷地得到不同输入光束衍射后的光束质量。在最高入射功率达千瓦量级时,实验测量了初始M2和光谱线宽两部分贡献对衍射光束质量的结果,并与相应理论分析进行了比较。     

激光束质量因子M2及其测量

激光束的质量因子M2是一种全新描述激光束质量的参数,能够定量地表征单模、多模光束的传播特性.描述了M2因子的概念和测量方法,利用面阵CCD探测器研制一套光束质量测量系统,对激光束质量因子M2进行测量,并给出测量结果的不确定度.     

由M2参数定义的光束传输变换理论

本文推导了任意光束与M2参数有关的光腰和发散角经过薄透镜的变换规律,定义了广义的R(z),导出了广义的ABCD法则.     

电磁空心光束在湍流大气中的斜程传输特性

利用扩展的Huygens-Fresnel原理以及维格纳分 布函数(WDF)的二阶矩理论,推导出电 磁空心光束(PCEHB)在非均匀湍流大气中传输的均方根空间扩展、均方根角扩展和M²因子的 解析式。并数值模拟和分析了天顶角、光束阶数、湍流内尺度、波长、束腰宽度、初始相干 长度和初始偏振度对光束质量的影响。研究结果表明,随着天顶角的减小和初始偏振度的增 加,PCEHB的相对均方根空间扩展、相对均方根角扩展和相对M 2因子越小,光束受湍流的影 响越小。且初始偏振度对相对M²因子的影响小于相对均方根空间扩展和均方根角扩展。M²因 子也随着天顶角的增加而增加,当天顶角大于1时对M²因子的影响迅速增加。研究还发现 , 相对M²因子随着光束阶数、湍流内尺寸、波长和束腰宽度的增加,相干长度的减小而减小 。相对M²因子受天顶角和束腰宽度的影响大于其他参数。     

双曲余弦高斯光束的模相关和模结构分析

基于二阶矩方法和正交模系展开法,推导出双曲余弦高斯光束的光束传输M2因子和模相干系数的解析表达式,从而可对双曲余弦高斯光束的模相关和模结构进行分析。提出了一种在实验室中产生双曲余弦高斯光束的简单方法。     

具有扭曲相位的部分相干矢量光束在海洋湍流中的传输特性北大核心CSCD

基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数(Wigner distribution function,WDF)相结合的方法,推导了部分相干扭曲矢量光束(partially coherent twisted vector beam,PCTVB)在海洋湍流中的M^(2)因子和角扩展的解析式。数值模拟表明:通过调控束腰宽度、扭曲因子、初始相干长度和波长能在一定程度上提高光束抗湍流能力。减少光束初始相干长度,增加波长和束腰宽度可使光束有更小的M^(2)因子,而增大扭曲因子的绝对值,使光束的M^(2)因子更小,光束的抗湍流干扰性更强。随着海洋湍流的温度方差耗散率与温度和盐度比率的减小,动能耗散率、各向异性因子的增加,海洋湍流对光束的影响变小,光束将具有更好的传输质量。     

厄米-拉盖尔-高斯光束的传输特性

利用Collins公式,推导出厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式,并用来研究通过自由空间和薄透镜的传输特性.结果表明,除模指数m,n之外,对HLG光束新引入的α参数,它影响光强分布和对称性;HLG光束在传输中保持形状不变;HLG光束的焦移与模指数m,n和α参数无关,这意味着m,n和α不同的HLG光束聚焦在同一位置.并给出了HLG光束的M2因子.     

One-Step Sintering Synthesis Achieving Multiple Structure Modulations for High-Voltage LiCoO2

The structure instability issues of the highly delithiated LiCoO₂ have significantly hindered its high-voltage applications (≥4.55 V vs Li/Li⁺). Herein, for the first time, multiple modifications of Li_0.9Mg_0.05CoO₂ (L_0.9M_0.05CO) via a simple one-step sintering synthesis are reported. A combination of the bulk Li/Co antisites, a Mg-pillar enriched surface, and a thin Mg O coating layer is achieved to maintain both the bulk and surface structural stability of L_0.9M_0.05CO upon cycling at an upper cut-off voltage of 4.6 V. The bulk Li/Co antisites are discovered to enhance the H1-3 phase evolution reversibility, the Mg pillars that substitute the Li sites effectively reinforces the surface structure, and the thin Mg O coating layer can effectively prevent the cathode from severe side reactions. Benefiting from the reduced but reversible H1-3 phase transition and the reinforced surface structure, L_0.9M_0.05CO shows an excellent cycle stability. This work provides a new structure modulation route for developing high-voltage LiCoO₂ cathodes.     

光束的二阶矩矩阵和M2因子

基于4×4二阶矩矩阵,对一般光束的M2因子和本征像散a作了研究,得出复杂像散光束、旋转简单像散光束、准直简单像散光束和无像散光束等一些典型光束的M2因子和本征像散的解析公式,并作了分析。研究表明,一般而言,扭曲会引起本征像散的增加,但却不会影响M2因子。     

Effects of Ge/Ge preamorphization combined with sub-keV boron implantation in pMOSFET fabrication

The reduction of transient enhanced diffusion (TED) and suppression of short-channel effect (SCE) are very critical for the formation of ultra shallow junctions required for deep sub-micron devices. This article reports the nanoscale gate length of p-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (pMOSFET) technology using ⁷²Ge/⁷⁴Ge germanium preamorphization implantation (Ge PAI) upon the (1 0 0)-oriented silicon substrates. It is demonstrated that the channeling can be eliminated by the formation of a Ge-implantation induced thin amorphous layer near the surface prior to boron implantation. Optimizing the amorphous layer thickness by controlling a high ⁷²Ge/⁷⁴Ge ratio, the device performance of pMOSFETs can be enhanced. In addition, the optimum conditions of Ge PAI would help the confinement of boron ions to avoid the channeling phenomenon. It is also found that the thin Ge PAI amorphous layer formed by a low ⁷²Ge/⁷⁴Ge ratio would cause the degradation of threshold voltage (V_th) roll-off characteristics, I_on/I_off ratio and the fluctuation of 62.14% in gain factor, as compared to that formed by a high ⁷²Ge/⁷⁴Ge ratio. It is attributed to a thinner Ge amorphous layer that has a weak ability to suppress the channeling tail of boron, as compared to a thicker Ge amorphous layer at the same implanted doses and acceleration energies among various ⁷²Ge/⁷⁴Ge ratios.     

Analysis of Cell-averaging Based Detectors for χ2 Fluctuating Targets in Multitarget Environments

The χ^2 family of signal fluctuation distributions represents the main fluctuation models which most radar targets follow it in their reflections. This family can be categorized as fluctuation distribution with two degrees of freedom and those with four degrees of freedom. The first category represents all important class of fluctuation models which when illuminated by a coherent pulse train, return a train of fully correlated pulses （Swerling Ⅰ model） or fully decorrelated pulses （Swerling Ⅱ model）. The detection of this type of fluctuating targets is therefore of great importance. This paper is devoted to the analysis of Cell-Averaging （CA） based detectors for the case where the radar receiver noncoherently integrates M square-law detected pulses and the signal fluctuation obeys 2 statistics with two degrees of freedom. These detectors include the Mean-Of （MO）, the Greatest-Of （GO） and the Smallest-Of（SO） schemes. In these processors, the estimation of the noise power levels from the leading and the trailing reference windows is based on the CA technique. Exact formulas for the detection probabilities are derived, in the absence as well as in the presence of spurious targets. The primary and the secondary interfering targets are assumed to be fluctuating in accordance with the χ^2 fluctuation model with two degrees of freedom （SWI ＆ SWII）. The numerical results show that the MO version has the best homogeneous performance, the SO scheme has the best multiple-target performance, while the GO procedure does not offer any merits, neither in the absence nor in the presence of outlying targets.     

M2因子概念和激光光束质量控制

本文对M2因子概念的物理意义和在激光光束质量控制中的应用作了详细分析,还就M2因子概念的推广和某些问题作了讨论。