基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。     

二维光束整形系统设计与仿真

针对高功率板条激光波前矫正的需要,基于ZEMAX软件对二维光束扩束整形系统进行设计和仿真。系统将初始尺寸为2.5 mm×28 mm,发散角为7 mrad×2 mrad矩形光束扩束整形为尺寸为40 mm×40.2 mm,发散角为0.54 mrad×1.3 mrad的方形光束。光束整形方向输出光学传递函数接近衍射极限,光束整形方向视场10 mrad时,两方向引入波像差之和为0.0186 λ,P-V值小于0.1 λ。     

舰载武器系统激光对瞄方法研究

为了解决目前舰载武器激光对瞄系统存在对瞄成像光斑尺寸较小,以及在动态场景情况下该成像光斑极易偏离出观测视场等缺陷,采用渐变折射率平板波导对成像激光进行1维扩束,激光束在与传播方向垂直平面内的一个方向上进行很好的扩束,而在另一个方向上基本不影响原有光束的传输性能。对改进后的系统进行模拟实验。结果表明,扩束光线具备了较好的对瞄观测效果。     

激光跟踪瞄准系统的扩束系统设计

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求,设计了一个倍率18的激光扩束系统,系统地介绍了设计方法.按照高斯光束的透镜变换理论,计算了该扩束系统的正确离焦量,分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响,指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感,预测了精密调焦机构要注意的问题.     

1.06 μm脉冲激光高倍率变焦的扩束发射光学系统设计

远距离激光主动探测体制对扩束发射光学系统的扩束能力和跟踪适应性能提出了较高的要求。针对1.06 μm YAG调Q脉冲激光扩束发射光学系统进行了具体的分析设计，采用一级折射变焦式和二级离轴反射式相结合的两级扩束系统，可将输出激光束最小发散角压缩到近0.1 mrad，输出光束最大宽度达到130 mm以上，并且在满足一定准直性的基础上，实现了大约1.5~50倍扩束比的高倍率变焦范围，使系统能够满足扫描搜索以及适应距离的远近变化来进行跟踪探测的要求。     

非球面变焦扩束系统的设计

文章讨论了如何将二次旋转非球面透镜引入变焦扩束系统设计中,并给出了一个采用非球面透镜的变焦扩束系统的设计方案和参数。这个扩束系统的扩束比可在2．3－18之间连续改变,最大角差小于03mard。与采用球面透镜的扩束系统相比,非球面透镜的采用不仅可以简化系统的结构,而且可以取得更大的变焦范围,并使输出光束的质量有较大提高。     

基于介电润湿液体棱镜阵列的光束调整器

为实现在三维空间上对不同光束(平行光、会聚光 、发散光)的调整,提出了一种基于介电润湿液体棱镜阵列的光束调整器。根据几何光学、 矩阵光学和介电润湿理论,推导出光学传递函数,分析了该光束调整 器的控光能力,讨论了工作电压对光束调整器调控性能的影响,并通过仿真模型的验证。结 果表明,该光束调 整器可以实现平行光的扩束、缩束、平移、会聚和发散;还可对发散光进行光束调整,改变 出射光的发散角度、 使其变成会聚光或平行光;同时,该光束调整器还可以实现对会聚光进行调节的作用,出射 光可以为会聚光、 平行光或发散光。当直径为5mm的平行光经光束调整器,其直径变化范围为3.08 mm,可左右平移 0~0.92 mm,其焦距f可在7.96 mm~∞(双层液 体界面为双凸形)范围内或在－∞~－25.99 mm(双层界面为双凹 形)范围内调节;对于发散角为20°的发散光,经过该光束调整器, 当出射光为发散光时,其发散角的变化范 围为0°~45.7°,当出射光为会聚光时,其会聚角的变化范围为0°~14.48°;对于会聚角为20°的会聚光,当出 射光为会聚光时,其会聚角的变化范围为0°~49.88°,而当出射光 为发散光时,其发散角的变化范围为0°~16.02°。     

一种变倍扩束镜的设计

通常应用在激光光学系统中的准直扩束系统的扩束比是固定的,但有时需要激光光学系统的出射光束是变化的.基于高斯光学理论,分析了无焦连续变倍准直扩束系统的原理,实现了无焦连续变倍准直扩束系统的设计,并得到了验证.     

用于低温多晶硅制备的线光束整形系统

设计了一套用于准分子激光低温多晶硅制备的线光束整形系统。系统中设置的光斑转换模块可使原始光束截面横纵倒置;利用扩束模块对原始光束的短轴进行准直,其扩束倍率可限定短轴光束尺寸,以配合短轴光束均匀模块的孔径;采用基于透镜阵列的长轴、短轴光束均匀模块可在提高光斑能量分布均匀性的同时,约束光斑尺寸;系统中设置了投影模块,可将光束投影于工件表面。为了实现系统中光学原件的精密定位,设计并加工了配套的机械调节结构;结合仿真实验,讨论了阵列单元的中心偏差及工作面的偏离对线光斑质量的影响。利用该线光束整形系统对自行研制的大能量准分子激光光源进行整形,实测的系统能量传递效率为33%,工件表面的光斑尺寸约为100mm×0.3mm,平均能量密度为470mJ·cm~(-2),长轴能量分布均匀度为93.95%,满足退火技术的要求。     

高功率激光发射系统的一级扩束设计

针对高功率激光发射系统对一级扩束的要求(即光束质量和扩束倍率都得到较好的保证),研究了高功率激光一级扩束系统。从激光扩束系统的类型、镜体基材选取等方面论述了高功率激光发射系统的一级扩束设计过程。首先,通过分析扩束系统类型,设计了离轴无焦卡塞格林扩束系统;然后,对高功率激光反射镜基底材料选取进行分析,确定了采用金属无氧铜作为镜体的基底材料;最后,对设计结果分别进行了定性和定量检测。结果表明,该一级扩束系统的波相差为0.538 λ(λ=0.6328 μm),该系统像质好,性能优良,是一种可以被广泛采用的强