利用复振幅滤波器实现激光作用区温度均匀化的理论分析

理应用连续激光诱导金属膜或氧化膜层的过程中，由于激光焦斑光强呈高斯分布，致使材料表面激光作用区温度场分布成类高斯型，梦或的馥膜厚度正均匀、金属导线加宽，故直接利用高斯光束不能满足激光诱导技术对光束作用区温度均匀性的要求。文中利用复振幅滤波器对人射高斯光束的振幅和相位进行调制实现作用区光场均匀化的结果，模拟了在材料表面产生的温度分布。模拟结果显示，高斯光束通过复振幅滤波器后，光束作用区内温度场的分布均匀性良好，并且光斑半径范围内外温差显著，可以满足诱导技术对光束质量的要求。     

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，…     

聚焦高斯光束光点尺寸的测量

在半导体工业开发研究领域中，如离子注入损伤的激光退火、激光增强的电镀和水溶液激光蚀刻等，激光已经日益变得不可缺少。实验结果的重复和验证需有一种精确测定激光输出功率密度的方法。聚焦高斯光束的光点尺寸是必须知道的数据。有些研究者已发表了用扫描刀口测量激光光束束腰和发散度的结果。结果是相当好的,但他们实际使用的复杂装置并不总是适用于现有的激光系统。本文介绍一种测量聚焦高斯光束直径的简便方法，其光束来自一台 Quantronix倍频Q幵关Nd:YAG激光刻划系统。该系统很易用到其它激光系统的分析中。     

激光器

0101915散斑位移法测量激光高斯光束的空问分布[刊]/张增明//强激光与粒子束.—2000,12(2),—141～144(D)提出一种测量激光高斯光束空间分布特征的新方法-散斑位移法。该方法利用光传播的菲涅尔衍射公式和光场的统计规律,给出散斑场光强在散射体位移前后的高斯光束相关函数的表达式。测出相关函数在光路上某一位置的数值,并由此同时求出高斯光束的束腰位置和大小。参11     

内腔式新型光束CO2激光器

本文综述了内腔式新型光束ＣＯ２激光器的发明与发展，新型光束的特征是，激光功率分布高度集中，亮度高，发散角小，其传输路径有别于ＴＥＭ∞模高斯光束的双曲线型，是一种特殊的光束，文中还预测了其应用前景与器件技术的再发展。     

四边形激光陀螺的光束特性

为了对四边形激光陀螺进行更为深入的研究,了解其光束特性,运用传输矩阵,得到了四边形激光陀螺的稳定条件,并对四边形激光陀螺内部的高斯光束特性进行了数值计算,得到腔内实际上存在两条高斯光束,它们在两个球面镜处结合在一起。结果表明,球面镜的曲率半径越大,高斯光束的光斑半径越大,光束就越平直,越便于信号的读出。     

用于激光祛斑的畸变镜头

平顶化激光束可以提高激光祛斑的功效,为此提出基于畸变镜头对高斯光束离焦下平顶化的激光祛斑技术方案,给出了其光学系统和技术要点及其畸变镜头的设计要求,参考相关文献经过合理推理给出了已扩束准直的高斯光束通过畸变镜头衍射变换得到的平顶化激光束,并进行了计算机模拟实验,表明这一激光祛斑的原理及其技术方法是可行的,对改善激光祛斑效果能够发挥重要作用。     

激光测高仪平顶高斯光束条件下的回波参数模型

星载激光测高仪通过提取激光回波参数计算卫星与地表的距离,结合轨道和姿态信息生成激光脚点的三维坐标。普通高斯光束的空间能量分布随光斑半径增加迅速衰减,不利于探测复杂和分层的地表目标,而平顶高斯光束可以克服这一缺点。根据平顶高斯光束和激光测高回波的相关理论推导得出平顶高斯激光模式下回波波形主要参数的解析式,并使用波形模拟器、波形处理算法,以及地球科学激光测高系统(GLAS)真实回波对所得理论模型进行了验证,结果显示不同阶数激光脉冲的对比偏差都小于3%,且随着目标斜率或阶数的增加,回波宽度和距离误差也随之增加,4阶平顶高斯光束目标斜率0.05时对应的距离误差超过10 cm。     

受光阑限制离轴高斯光束的解析传输

激光束的传输特性在激光技术应用中有着重要的意义。光束的解析传输问题是激光光学中的难点之一。从Collins公式出发，详细研究了离轴高斯光束(OAGB)通过有光阑近轴ABCD光学系统的传输特性，推导出了受硬边光阑、高斯光阑或余弦光阑限制的离轴高斯光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式，并讨论了硬边光阑、高斯光阑或余弦光阑之间的关系。数值计算证明了所得公式的正确性和优点。分析了求解受多光阑限制的激光束通过近轴ABCD光学系统的解析传输公式的困难性，结果表明，其困难性在于受单光阑限制激光束的解析传输公式中含有误差函数。     

用鱼眼镜头获得平顶化聚焦的精细激光束

为了将激光高斯光束转化为精细加工需要的能量集中且均匀分布的平顶聚焦的精细激光束,利用衍射成像及其像差理论研究了具有较大畸变和一定场曲的鱼眼镜头对高斯光束的衍射变换作用,导出了其解析计算式,表明了该鱼眼镜头对高斯光束平顶化聚焦的原理。利用Matlab软件进行计算机模拟实验,展示了该鱼眼镜头对高斯光束的平顶化聚焦效果和容易而精密的可调性,表明这一方法与技术是可行的。用该方法获得的平顶化聚焦的精细激光束可被用于激光精细加工、微光机电系统和医学治疗等领域发挥重要作用。     

水下激光成像系统准直器的研究

本文利用高斯光束传输特性,在水下激光成像的特定条件下,提出了设计准直器的一种新方法和最优化设计方案,并给出了最优化的流程图。计算了高斯光束通过准直器的象差,并 同步扫描水下激光成像系统准直器的设计实例。     

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。     

光阑限制飞秒高斯激光光束对微孔加工的影响

基于飞秒微孔加工平台,开展了激光加工光路中光阑尺寸对激光微孔加工孔壁质量影响的实验研究,并采用软件仿真和实验结合的方法研究不同光阑限制高斯光束造成的能量波动情况和对实际加工效果的影响。仿真结果表明在光阑光束比小于1.6的情况下高斯光束截面能量分布开始受到影响,高斯光束截面出现能量波动现象。并对不同光阑光束比情况下微孔加工进行实验,实验结果表明:在光阑光束比小于1.6情况下高斯光束截面能量分布发生调制,但是能量波动起初对实际加工影响较小。随着光阑光束比的下降微孔加工孔壁粗糙度增加,当光阑光束比小于0.9时孔壁出现凹槽,孔壁不再光滑,当光阑光束比小于0.7时会严重影响激光加工效率且孔壁质量进一步恶化。     

一种基于高斯拟合法的激光光束中心提取方法

在激光辅助的视觉测量系统中,高斯拟合法的拟合数据选取影响激光光束中心提取精度。针对不均匀光照下激光图像难以确定高斯拟合数据数量的问题,文中提出一种基于随机抽样一致性算法的自适应高斯拟合方法。根据激光图像背景区域灰度分布的变化特性,采用随机抽样一致性算法估计背景区域灰度分布模型;将该模型的局外点作为拟合数据,从而利用高斯拟合法获得激光光束中心点的亚像素坐标。实验结果表明,该方法选取激光图像的高斯拟合数据平均拟合系数达到0.934,与固定拟合数据长度的高斯拟合法相比,提高了激光中心提取精度。     

光纤激光及其相干合成光场的准确分析

为了准确地研究光纤激光及其相干合成光束的远场传输特性,采用将LP01模分解为许多不同拉盖尔-高斯模叠加的方法,分析了LP01模以及多个光纤激光相干合成光束的传输光场分布和光束质量,并与用高斯函数表示的光纤激光的光场进行了比较.分析中发现,基模高斯光束与LP01模的初始场分布基本相同,但传输后的光场分布会产生较大误差,在光纤激光相干合成光场的分析中两者间的差别也非常明显.结果表明,为更准确地分析光纤激光及其相干合成光束的传输特性,光纤激光的模场表达式应采用拉盖尔-高斯模的叠加式.     

激光光学

由吕百达同志编著，四川大学出版社1986年出版的〈激光光学〉一书，共十章。前五章介绍了激光光学的基本概念和基本理论。阐述了矩阵光学、高斯光束、菲涅尔-基尔霍夫衍射理论等基础内容，并将这些理论用以研究光学谐振腔以及激光通过光学系统的传输和变换规律。作者阐述的物理概念清晰准确，探入浅出并富有启发性，理论表述简捷，注意了理论结果的物理解释以及与应用方面的联系。在取材方面，增加了一些很有实用价值的章节，如多程反射室、高斯光束通过调焦望远镜和失调望远镜系统的变换规律、高斯光束参数的实验测量、非稳腔锋．其中有些章节就是作者的科学论文。     

二维激光相干组束系统光束质量的评价与测量

以光束质量(BQ)作为二维激光相干组束系统输出激光光束质量的评价因子,对相干组束系统的光束质量进行了实验研究.利用光反馈环形腔被动相位锁定技术,搭建了二维4路光纤激光相干组束的实验平台,实现了4路光纤激光的相干组束.当选取理想光束口径为近场子光束外切圆直径时,以圆形平顶光束或高斯光束作为理想光束模型,对应不同的远场光斑...     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

超快激光光束整形原理与方法及其在功能性微结构制造中的应用

随着功能性微结构的制造品质要求不断推向新的极端,超快激光微纳制造迎来了新的挑战,如更高的加工效率、跨尺度加工、选择性加工及可控性加工等。因传统超快激光高斯光束的空间和时间能量分布在加工中的局限性,以单点聚焦扫描为主的加工方法难以满足新的制造精度、效率和跨尺度加工要求。基于此,研究者将目光聚焦到超快激光光束整形的制造方法上。本文从传统超快激光光束的特点及其加工局限性角度出发,分空域光束整形、时域光束整形和时空域协同光束整形,介绍了超快激光光束整形技术的基本原理和主要实现途径;阐述了这些技术在功能性微结构制造方面的典型应用和研究进展;最后,总结和讨论了超快激光光束整形技术应用于功能性微结构制造中存在的问题和发展前景。     

高斯光束和超高斯光束在空气介质中的成丝特性研究

研究了入射激光光束空间形态对飞秒激光光丝的影响。系统地比较了高斯光束和超高斯光束在空气介质中形成的光丝的特性。理论研究结果表明,在相同的条件下,相比于标准高斯光束,超高斯光束在轴上位置处更有利于获得高的钳制光强以及等离子密度。该研究结果表明,通过改变入射光束空间形态可以实现对光丝特性的调控。在实验上,该方法可以简单地通过在光路中插入圆形光阑,或者利用空间光调制器将传统的高斯光束转变为超高斯光束。