在波长1.315μm下的几种激光器窗口热效应比较研究

由傅里叶瞬态导热方程和弹性体应力-应变平衡方程入手，利用分离变量法和热弹性势法建立了晶体窗口在高能激光束照射下的瞬态温度分布、热变形和热应变分布关系式。并同时考虑温度折射率系数、厚度热变形和弹光系统的作用。得到了波长为1．315μm的平面波光束透射氟化钙、氯化钾和熔石英这三种晶体窗口时产生的近场光束相位畸变分布。通过比较发现、窗口光束畸变是热变形、热透镜效应和弹光效应共同作用的结果，热透镜效应占主要因素，弹光效应可以忽略；熔石英具有正的折射率温度系数而产生正光束畸变，氯化钾和氟化钙为负的光束畸变，氟化钙具有最小的相位畸变峰谷值．优于其他二者。适于作为1．315μm波长的窗口材料使用．氯化钾的光束畸变最严重。     

强激光束聚焦特性研究

采用功率谱密度(PSD)和均方根梯度(RMD)描述畸变波前的方法,建立了终端光学系统光传输模型和强激光束聚焦特性模型及计算程序,得到聚焦光斑尺寸随近场光束波前变化的一般规律,同时对终端光学系统中的元件排布,以及满足聚焦要求的光束控制元件提供了初步的设计参数. 采用位相均方根梯度描述光学元件引入的低频段噪声,通过建立合理的畸变波前的二维模拟计算模型,计算了激光焦斑分布.给出了光学元件引入的低频段位相噪声与光束聚焦特性的一般规律,即随着不同均方根梯度的增大,远场聚焦光斑的尺寸随之扩大.对于具有同一均方根梯度的不同随机位相屏,计算得到焦斑强度分布虽各不相同,但焦斑直径在一定范围内变化.位相均方根梯度较好地反映了聚焦光斑尺寸随畸变波前的变化.同时对传统的傅里叶变换算法进行了改进,在空域和频域中,可根据计算需求灵活改变采样区间和抽样点数.将计算结果与直接对衍射方程求积分得到的结果进行了比较,获得一致的结果,证明了程序的正确性. 对于高频畸变波前,引入PSD进行描述.同时对位相恢复算法进行了研究,并对位相屏进行了低通滤波处理.(OG17)     

重铬酸盐明胶全息光学元件的基板和密封盖板对高分辨率全息成象的影响

点全息图光学元件用作诸如聚焦透镜等成象系统时,只有在再现光束与参考光束的波前和波长均相一致时才能获得高分辨率象。但在实际应用中再现光束的波长往往不大可能与参     

光束波前畸变的模拟及其相位梯度分析

大口径光学元件的表面制造误差会使透射或反射波前产生畸变,这是天文光学系统以及ICF激光系统关心的问题.文章使用了一个随机相位屏来模拟光学制造误差导致的光束波前畸变,并利用波前相位梯度这个参数来对波前畸变进行定量化分析.介绍了波前相位梯度的定义和算法,通过数值计算得到了一维和二维波前畸变的梯度分析结果,并对不同畸变情况的模拟结果进行了比较.     

采用深度学习校正畸变涡旋光束的方法综述(特邀)

涡旋光束是一种携带轨道角动量的新型结构光场,在超大容量光通信、遥感探测等领域有着广阔的应用前景。涡旋光束在大气等非均匀介质中传输时会产生波前畸变,使得其携带的轨道角动量发生改变,对实际应用产生不利影响,因此需要引入自适应光学波前校正技术对其进行畸变校正。综述了近年来国内外学者在涡旋光束自适应畸变校正方面的研究进展,首先简要介绍了当前较为成熟的涡旋光束畸变校正技术,包括高斯光束探针与波前传感相结合、相位恢复算法与面阵探测技术相结合等技术方案;然后着重介绍了基于深度学习的新型涡旋光束畸变校正技术,包括泽尼克多项式系数反演、湍流相位屏反演等,同时讨论了将深度学习用于涡旋光束畸变校正的优势及局限性;最后展望了涡旋光束自适应畸变校正技术的发展趋势。     

PG光束传输、控制及光束质量

椭圆平顶高斯光束的聚焦特性蔡阳健　林　强(浙江大学物理系光学研究所 ,杭州 310 0 2 8)用张量方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束 (EFGB) ,通过级数分解法把 EFGB分解成多个椭圆厄米 -高斯模 (EHGB)的叠加形式 ,利用椭圆厄米 -高斯模的传输公式导出了 EFGB通过非轴对称光学系统的传输公式 ,该公式和直接用矢量积分方法得出的结果是等效的。利用导出的公式 ,我们研究了 EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦特性。结果表明 ,EFGB通过轴对称透镜和非轴对称透镜的聚焦后光强演化的规律不同。EFGB聚焦后 ,近场光强…     

利用畸变透镜获得精细加工激光束

为了获得激光精细加工需要的能量集中且均匀分布的平顶聚焦激光束,利用衍射理论研究了畸变透镜对高斯光束衍射变换的作用,导出了解析计算式,进而获知畸变透镜如何对激光束平顶化聚焦的原理。用Matlab软件进行计算模拟,讨论了畸变透镜对高斯光束平顶化聚焦的情形和影响因素。表明利用畸变透镜对高斯光束平顶化聚焦是可行的。用这种方法获得的平顶化聚焦激光束可用于激光精细加工、微光机电系统和医学治疗等领域发挥重要作用。     

高通量脉冲三倍频激光参数精密诊断

利用神光Ⅱ升级装置的三倍频激光参数精密诊断系统,对类美国国家点火装置(NIF)的激光驱动器在高通量状态下的空间、时间及能量等三倍频激光参数进行了测量,并通过提高近场分辨率,对在终端光学系统石英元件加工过程中引入的相位型周期结构进行了确认。对高通量状态下终端光学系统的远场聚焦能力和近场传输调制特性进行了研究。结果表明,相位型周期结构是引起三倍频近场调制增强的重要原因之一。     

大气湍流中贝塞尔-高斯涡旋光束传播性能分析

为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性,根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真; 采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流,解决了大气湍流模拟时存在低频成分不足的问题。结果表明,除了湍流强度外,传输距离、拓扑荷数、激光波长等也成为影响贝塞尔-高斯涡旋光束质量的主要因素; 湍流越强,光束的环形光强越弱,相位畸变越严重,光强起伏越明显,且逐渐退化为普通高斯光束; 随着传输距离的增加,涡旋光束扩散现象明显,最终退化为普通高斯光束; 波长越长,则涡旋光束抑制湍流能力越强,环形光强越强,相位畸变程度会得到逐步改善; 拓扑荷数越小,涡旋光束会最先退化为普通高斯光束,相位畸变程度越弱。该结果对于研究涡旋光束在自由空间光通信中的传输是有帮助的。     

高斯型激光束在圆孔衍射过程中的光束畸变

由于激光畸变所产生的现象及其形成的物理机制十 分丰富,对畸变激光传输特性的研究已然成为一个重要的光学类课题。对此本文将以激光的 圆孔衍射作为切入,采用Zernike多项式函数拟合相位畸变元件的方法,探讨具有高斯型分布 的激光束在圆孔衍射过程中的光束畸变。进一步分析波长、传播距离及函数的阶数对光束畸 变的影响。结果显示,在畸变影响下,由于相散畸变因子作用导致光束 发生对称性退化,引起光束发生分裂,中心光强位置发生偏移,产生像散和离焦畸变现象。 而Zernike多项式函数中q 值会显著影响畸变中光束发生分裂的数量,且随激光波长和传播距离的增大,其畸变影响增 强,像散和离焦变得越明显。     

用于太赫兹空间传输的透镜设计及验证（英文）

太赫兹激光作为大角度发散的高斯波束不能简化为平面波或球面波.经典电磁理论和ABCD法则传输理论建模显示:正透镜实现太赫兹激光束的会聚,会聚后其像距明显小于透镜的焦距;焦距和太赫兹激光光束波前半径相匹配的负透镜可以实现太赫兹激光束的准直.实验证实f'=-188,的负透镜位于与太赫兹激光光束波前半径相匹配的位置时,即z=100 mm,太赫兹激光的发散角从6°提高到0.1°,20 m传输实验中,负透镜准直探测方案比正透镜准直探测方案更加简单有效.     

激光系统透镜的设计

用于激光器的透镜设计和用于其它单色光源的透镜没有很大区别。但是,某些激光束系统的设计需要特别注意。这种系统采用弱聚焦元件,它不宜用普通的几何成像定律来预示焦点位置。特别是用弱透镜聚焦高斯光束时,束腰(最小光束直径处)位置要比近轴光学定律预示的更靠近透镜。     

高功率固体激光装置紫外光学元件成丝损伤分析

基于激光非线性传输和频率转换理论, 研究了频率转换中基频光与三倍频光相位关系对光束近场带来的影响。结果表明, 三倍频光近场对比度急剧增加对应的基频光B积分比频率转换前基频光近场对比度急剧增加对应的基频光B积分要小很多, 在基频光B积分远小于1.8 rad时, 三倍频近场也会成丝分裂。这对神光III原型装置首束集成实验终端光学元件（FOA）出现的不寻常损伤作出了合理的解释。对实际工程中如何降低终端光学元件的紫外损伤风险有重要的指导作用。     

用于激光等离子体诊断系统的长焦深透镜

针对惯性约束聚变(ICF)等离子体诊断系统中对长焦深光学元件的要求,采用非线性相位拟合法设计了一块孔径150 mm,焦距450 mm,焦深5 mm的长焦深球面透镜.为了验证该方法的可行性和正确性,制作了一块与设计等F数(通光孔径为80 mm,焦距为240 mm)的长焦深透镜,并且测量了平行光经过该透镜后的轴上和横向光强分布.理论和实验结果都表明,采用非线性相位拟合法设计的长焦深透镜可以获得长焦深、小焦斑、小旁瓣的聚焦光束,可以满足诊断系统对长焦深元件的要求.     

用于太赫兹空间传输的透镜设计及验证

太赫兹激光作为大角度发散的高斯波束不能简化为平面波或球面波.经典电磁理论和ABCD法则传输理论建模显示: 正透镜实现太赫兹激光束的会聚, 会聚后其像距明显小于透镜的焦距;焦距和太赫兹激光光束波前半径相匹配的负透镜可以实现太赫兹激光束的准直.实验证实f′=-188, 的负透镜位于与太赫兹激光光束波前半径相匹配的位置时, 即z=100 mm, 太赫兹激光的发散角从6°提高到0.1°,20 m传输实验中, 负透镜准直探测方案比正透镜准直探测方案更加简单有效.     

基于超表面的宽波带光束聚焦研究

超颖表面是一种基于亚波长结构的光学平板膜层,可在亚波长传输范围内调控入射光束的相位、振幅和偏振。为了代替传统的曲面光学元件,采用传输相位调控理论和广义折反射定律,设计了一种新型的超颖表面,并进行了程序模拟,取得了此亚波长结构对光束聚焦调控的数据。结果表明,当增加超颖表面的椭圆基元的长短轴长度时,材料的等效折射率增加,并且适用的波长范围增加到0.7μm~1.2μm;通过优化超表面结构参量,可实现在宽波带范围内的相位调控,进而获得聚焦光场的优化,在一定程度上可以代替传统光学元件实现光学聚焦。该研究结果在超分辨率成像及光刻等方面有一定参考价值,在一些特殊的需要亚波长结构调控光束的情况下可以使光路简单化,并且比传统的光学元件有着厚度方面的优势。     

涡旋光束的自适应光学波前校正技术

涡旋光束是一种具有螺旋波前的光束，其特点是其光强分布为环形，携带有与螺旋波前结构相关的轨道角动量。由于涡旋光束的角量子数可取任意整数，同时不同角量子数的光束之间相互正交，因此可提高光通信系统的信道容量。但涡旋光束在自由空间传输时会受到大气湍流的影响，进而产生波前畸变，因此需要采用自适应波前校正技术对畸变后的光束进行校正。文中对现有的涡旋光束波前校正技术进行了概述，重点介绍了笔者课题组提出的应用GS相位恢复算法和高斯光束探针相结合对涡旋光束波前畸变校正的技术及应用SPGD算法和泽尼克多项式对涡旋光束波前畸变校正的研究工作。     

高斯光束经局域相位调制后的光强分布和角谱特性

光学元件上不可避免地存在的缺陷会对传输光束产生局域振幅和相位调制。基于菲涅耳衍射积分,建立了高斯光束经局域相位调制后的传输模型,得到了高斯光束经有限多个小尺寸局域相位调制后的光强分布和角谱解析式,详细研究了相位调制尺寸与调制深度对光束光强分布和角谱的影响。结果表明,不同调制尺寸、调制深度对高斯光束在传输过程中的影响相似。且调制深度越大,产生的最大光强越大。相位缺陷尺寸越大产生的最大光强的位置离缺陷越远,随着调制深度、尺寸的增大和调制位置距光轴距离越近,低频区的角谱越小,中高频区的角谱越大。     

CCD测量LD端面抽运Nd∶GdVO_4固体激光器热焦距

为研究Nd∶GdVO4晶体在激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中的热效应,给出了一种测量激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用CCD光束分析仪直接测量输出光束的M2因子及束腰大小,根据混合模类高斯光束传输理论推导出相应的基模高斯光束束腰大小,由此利用稳定谐振腔的传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热焦距。实验结果表明,抽运功率越高,热焦距越小,热效应对输出光束质量影响越严重。基于上述原理,对LD端面抽运的Nd∶GdVO4固体激光器热透镜焦距进行了测量,实验结果和理论分析相符。     

高功率激光系统空间滤波的离焦容限分析

在惯性约束聚变高功率激光装置中,严重的低频波前畸变会引起空间滤波的小孔截断,降低光束质量。采用相位调制的离焦波前来分析不同程度的离焦对空间滤波过孔和输出光束质量的影响,得到了空间滤波器对波前离焦的容限。在这种模型下的计算结果表明,球面相位因子入射光聚焦光斑焦点位置的偏移距离与其曲率半径成反比,光束质量随着输入光束曲率半径的绝对值减小而降低。对于等焦距11.8m、小孔半径角200μrad的空间滤波器,临界频率处畸变波前的球面相位因子曲率半径绝对值不能小于3.5km。曲率半径为3km时,相位调制的空间频率小于1.57mm-1时光束质量会急剧下降。