半导体激光器光束的准直

本文从高斯光束出发对半导体激光器的既简单又经济实用的准直法－－单透镜准直法进行了理论分析和实验。实验结果与理论计算基本相符，表明只要采用一个相对孔径Ｄ／ｆ较大的透镜，并置其对半导体激光器有合适位置，则可以得到令人满意的准直效果。     

超短脉冲高斯光束经聚焦透镜的光场形式

考虑到激光腔模中光腰的频率依赖性 ,得到了超短脉冲高斯光束经消色差透镜聚焦后光场的解析形式 ,并讨论了此时透镜群速度色散对光束聚焦性质的影响。分析了单透镜色差和群速度色散对超短脉冲高斯光束聚焦的时间分布及脉冲波面的影响 ;比较了消色差透镜及单透镜中脉冲初始光腰尺寸对聚焦的影响。     

产生线光束的一种简便方法

报道一种用单片球面透镜将细激光束变换为线光束的简便方法。阐述了其机理，给出了部分实验结果及一些理论模拟计算所得的结论。     

透镜焦距对局域空心光束尺寸的影响

基于衍射理论导出由轴棱锥和透镜系统产生的局域空心光束的光传输公式,模拟了其三维(3D)光强及截面光强分布图。由衍射理论和几何光学方法详细分析了聚焦透镜的焦距对局域空心光束尺寸的影响,即在相同条件下,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大。实验得到当焦距分别为50 mm,70 mm以及100 mm时,局域空心光束的径向暗域尺寸为200μm,300μm以及430μm。理论计算、数值模拟与实验结果相吻合。     

圆柱透镜对半导体激光光束准直性能的改进

根据光线传输的基本原理，通过计算和推导，用解析式表达并讨论了半导体激光器快轴方向发散光束通过圆柱透镜后的准直特性、光强分布和光能转换效率与圆柱透镜的半径、介质折射率、介质损耗、安装距离等可调参数以及界面反射的关系。说明了安装位置直接影响到准直效果；透镜半径、折射率和介质损耗不仅影响到准直后光斑的大小、光强分布和光能转换效率，而且影响到偏振状态的重新分布，因此，要获得最佳准直效果必须略微离焦安装；还需根据具体使用要求综合考虑各参数对光斑大小、光强分布和光能转换效率的影响，以采用适当的参数，并考虑是否进行增透处理。为正确认识和使用微圆柱透镜改善半导体激光快轴方向光束的发散，提高光束质量提供了理论依据。     

利用单透镜结构实现自由空间激光进入单模光纤的耦合研究

自由空间激光与光纤的高效耦合可大幅降低激光 能量损耗。基于高斯光束通过透镜的传输规律,分 析经过单透镜变换后的激光光束特性,即像方激光光束特性。对自由空间激光与单模光纤的 优化耦合进行研究。通过分析匹配单透镜参数对像方光束的影响, 选择单透镜合适焦距参数,实现激光与光纤参数的高效匹配,满足激光光束的像方腰斑小于 10 μm且数值孔 径小于0.12。通过实例,分析采用焦距为5mm的单透镜对780 nm空间激光到单模光纤的耦合效 率,结果表明自由空间激光到单模光纤的耦合效率高达90%。该耦合 系统结构简单,可实现激光由自由空间到至光纤的高效率传输。     

激光的光纤传输特性研究

本文从理论上计算了高期光束经透镜及光纤的传输特性，指出了当胺的参数ｚ０≤ｆ时，高斯光束经透镜后的模斑位置严重偏离透镜的焦点。文中还指出了保证光纤弯曲时子光线不漏出，对光纤的数值孔径有一定的要求。     

高斯光束在光纤间的透镜耦合

高斯光束在光纤间的透镜耦合是耦合方式中较为常用的一种。首先指出高斯光束在光纤间利用透镜耦合的基本要求，然后通过归一化高斯光束的成像规律进行数值计算，分析了多个因素对于耦合的影响，得到透镜及整个耦合系统参数选择的一般性结论。最后给出一个耦合实例证明该方法的可行性。     

面阵半导体激光器的耦合理论设计

用光线追迹方法计算了面阵半导体激光器的光束在透镜导管内传播及分布情况。理论给出了设计透镜导管时主要考虑的参数及其选取原则,在输出平面上得到了近高斯分布的激光输出,理论表明,利用透镜导管对面阵半导体激光器进行耦合能够获得高功率密度的光束输出,这种方法将是今后高功率全固态激光器耦合系统的主要耦合方法。     

用轴棱锥实现可改变的局域空心光束

理论和实验研究了利用轴棱锥-透镜系统产生的局域空心光束，分析了局域空心光束的演变过程，由简单的几何光学结构和近轴光线追迹的方法进行模拟。研究结果表明，局域空心光束的暗中空区域不仅与聚焦透镜的焦距有关，而且与光阑半径以及聚焦透镜到轴棱锥间的距离有关；对于给定的轴棱锥，局域空心光束的横向暗斑尺寸与焦距成正比，并且其纵向暗斑尺寸与聚焦透镜到轴棱锥间的距离以及光阑半径成反比。这些结果表明，改变聚焦透镜的焦距和聚焦透镜到轴棱锥间的距离以及光阑半径，可有效地改变局域空心光束的暗中空区域。     

Diffraction-limited geodesic lens for integrated optic circuit

Experimental and theoretical results are presented for aberration-free (except field curvatuve) geodesic lenses. A technique of calculating the aspherical lens profile with a rounded edge is summarized. A smooth transition at the lens edge is necessary to prevent undesirable scattering between the planar guide and the guide in the lens depression. Aberration-free lenses with diffraction-limited performance have been fabricated in both glass and LiNbO3substrates. The experimental results indicate lens performance, other than the change of focal length, is not severely affected by the profile deviation resulting from lens fabrication. This is further supported by the profile tolerance analysis described in the paper.     

共焦自聚焦光纤传感器回波干扰抑制方法分析

基于共焦原理的自聚焦光纤传感器将共焦光路、自聚焦透镜和光纤集于一体，实现了微型化和轴向高分辨率的统一，可用于内外曲面的微观形貌、坐标尺寸和曲面轮廓等的高精度检测。运用高斯光束传输原理和矩阵光学理论对影响传感器信号强度的端面回波问题进行了理论分析，提出了解决回波问题的技术途径。实验结果说明，通过对不同端面采用不同的抑制方法，回波问题被较好地解决。     

参考光为平面波和球面波时焦距检测对比研究

为了研究参考光波面形状对于测量透镜焦距值的影响,采用数字全息的方法进行了理论分析和实验验证。通过在两种色光下进行实验,分别测量出参考光为平面波和球面波时的焦距值,并与标称值和理论计算值进行了比较。结果表明,当参考光为平面波时,测量到的透镜焦距值与标称值和理论计算值相对误差在5%以上; 而当参考光为球面波时,与两者的相对误差均在2%以下,因此当参考光为球面波时所测量的焦距值精度更高; 通过计算得出这两种参考光所测量的焦距值都在理论焦深范围内,故利用测量焦距值对全息图进行重构时所获得的再现像与用标称值和理论计算值所得到的再现像质量相当。这一结果对测量透镜焦距值和数字全息图重建方面有一定的帮助。     

New calculations for coupling laser diode to multimode fiber

A simple and useful method is presented for calculating characteristics of a laser diode to a multimode fiber coupling. Attenuation of higher order modes in multimode fiber is introduced into ray tracing. Maximum coupling efficiencies and misalignment tolerances of optical circuit components are computed for utilization of a relatively large spherical lens and combination of two relatively large spherical lenses. It is clarified that attenuation of higher order modes strongly affects both maximum coupling efficiency and misalignment tolerances. Agreement between theoretical and experimental coupling characteristics is greatly improved compared with the case for conventional ray tracing.     

彩色显像管中主聚焦透镜的研究

在COTY系统中,采用XL透镜来改善会聚性能,减小会聚/聚焦之间的矛盾。XL透镜可以在不损失聚焦性能的前提下缩小束间距提高会聚特性。但是在XL透镜中边束像差比中束大得多,为了进一步降低像差,本文提出在XL电子枪中采用OLF透镜来扩大透镜的孔径,改善分辨率。本文给出了三维计算机程序,对主聚焦透镜进行三维计算,得到了球差系数和其它光学参量。这些数据证实了在新的方案中球差确实被降低,而且会聚特性也得以改善。     

聚焦电子束离子束用的低球差塞普帖静电透镜的特性

塞普帖透镜作为低球差静电透镜,经实践证明是一种比较理想的结构。本文提供的在不同几何尺寸和电极电压下的计算结果,可供不同场合下选择使用的依据。     

不用狭缝的三维漫射体一步彩虹全息术

对A.Beauregard的方法进行了新的理论分析,发现通过移动成像透镜得到的合成狭缝应该定位在成像透镜所在的平面上,而不是在其后焦面上;合成狭缝的宽度也应该由下式确定:W=2丸//sJo 并对上述理论分析结果进行了实验验证。     

激光辐照材料热效应问题的有限元实现

针对激光辐照光学透镜产生的热效应问题,选用有限元法推导了光学透镜模型的热传导方程的有限元求解格式,基于Matlab编程实现了计算光学透镜在脉冲激光辐照下的温度场分布。研究结果表明,光学透镜的温度随辐照激光光斑半径的增大而减小;随激光脉冲数目的增多而增大,但是由激光能量的累积效应所导致的材料温升并不显著;随激光功率的增大而增大,是影响材料温升的显著因素,当功率增大到一定数值时将造成光学透镜的损伤,文中激光功率达到250 mW时造成材料的熔融损伤。     

热容激光器介质热效应及补偿分析

阐述了闪光灯抽运钕玻璃棒热容型激光器重频工作方式下瞬态温度分布模型和热透镜焦距模型,进行了数值计算,并和常规冷却模式下进行了比较研究.结果表明:热容型激光器工作物质中心温度低于表面温度,温度梯度较小;热容模式下热透镜效应为负透镜效应,且热效应的变化趋势比冷却模式下简单得多,热畸变的大小比冷却模式也小,抽运结束后恢复到无畸变状态的时间较之冷却模式也短的多.最后分析了热透镜效应的补偿方法,利用动态调腔法是困难的,利用双压电晶片镜法是可行的.     

时间透镜的原理、应用以及性能和发展

时间透镜基于时空二元性原理,近年来得到快速发展与广泛应用。时间透镜的发展源自光电子学中工程技术需求和理论发展的双重动力。给出了时间透镜作为超快光学仪器发展历程的综述。对相位调制器、和频产生、交叉相位调制以及四波混频等当前时间透镜的主要实现方案的原理和性能进行了分析和数学描述。相应地,分析了不同实现方案的原理限制以及应用中面临的问题。接下来,将脉冲放大和时频域转换用于超快脉冲检测作为最有代表性的应用进行了说明,其中,对最重要的技术指标分辨率和记录长度进行了定量分析。最后,对一些超快非线性光学原理,如金属纳米结构中表面等离子体激元增强的二阶和三阶光学非线性、石墨烯中强三阶光学非线性导致的四波混频,作为时间透镜发展的潜在机会进行了理论和技术讨论。