一种用于曲面快速测量的激光片光源的研究

与快速成形技术有关的自由曲面快速反求工程中,测绘曲面所用的被称为光刀或片光的细长光条的质量是至关重要的。介绍一种应用柱面反射镜单向扩展光束形成激光片光的方法,并根据常用Ｈｅ－Ｎｅ激光为高斯光束的特性,应用长焦距透镜压缩其发散角,使激光片光具有很大焦深。激光光强的高斯分布使光刀宽度的中心具有极大值,使得片光的质量具有优良的特性,非常容易实现,并有利于摄像机采集。介绍了这种片光源的工作原理、片光的性能     

平顶高斯光束通过复杂光学系统的传输特性研究

为研究平顶高斯光束通过高斯光阑-透镜系统的传输特性,基于光学矩阵的方法和Collins公式导出了平顶高斯光束通过该复杂光学系统后的场分布的解析表达式和近轴光强分布值,进而分析了平顶高斯光束通过高斯光阑-透镜系统后的传输特性。研究结果表明,平顶高斯光束通过高斯光阑-透镜系统后,实际焦点位置和几何焦点位置并不重合,即发生焦移现象。焦移量的大小与高斯光阑宽度及光阑与透镜间的距离等因素有关,即在一定条件下,光阑宽度增大,相对焦移量变小,光阑与透镜之间的距离与焦距的比越小,相对焦移量就越小。     

高斯光束焦深探析

对聚焦激光光束焦深的不同定义作了比较分析，并对基模高斯光束的光强分布作了数值计算，作出了等光强分布曲线。同时对高阶模情况也作了一定分析。对不同情况下激光光束焦深的合理选用进行了讨论。     

振幅调控双曲余弦高斯涡旋光束的聚焦特性

研究了双曲余弦高斯涡旋光束不同振幅参量对光场分布的影响。在相同光涡旋的情况下改变振幅的大小,在焦平面上场强分布变化明显。涡旋光束的拓扑数对光束的聚焦特性存在明显影响,不同的拓扑数会引起聚焦区域光强分布变化,另外也产生一些新的多焦点阵列和多重菱形聚焦图案。     

气体激光器自激励产生各高阶厄米-高斯光束

为进一步研究涡旋光,推动涡旋光在通信和医学等方面的应用,需要产生稳定的各阶厄米一高斯（HG）光束.现通过对大数值孔径外腔式He-Ne激光器进行结构微调,并采取自激励的方法直接产生各种高阶HG光束.此方法操作简单,激光模式稳定,同时利用MATLAB计算出对应的高阶HG光束模式的横向光强分布.实验结果和理论计算结果基本一致,该研究为今后气体激光器的模式控制和分析奠定了一定的实验基础,得到的高阶HG光束可以用于稳定涡旋光的产生.     

用碘酸钾粉末倍频分析法测定激光光斑

为了测量不可见的激光光斑大小,文中在激光粉末倍频测试分析的实验方法的基础上,选取适合当前条件的CCD摄像法进行了实验。获取激光光斑的一维光强分布,并运用激光光斑的高斯拟合算法(最小二乘法)处理数据,同时也考虑了粉末对光斑的散射作用,并为此拟合出了经验公式。获得的结论是,运用粉末倍频法精确计算激光光斑的直径是可行的,该方法误差约为3.6%。     

针孔对单轴法线跟踪式测量系统零位测量的影响

针对大曲率表面面形测量问题,提出一种单轴法线跟踪式测量方法。通过运用 Collins 公式,研究了倾斜角度对基于高斯光束测量系统的影响;通过理论分析和数值模拟,证明了在待测面倾斜的情况下,高斯光束与点光源作用下差动共焦系统的零位位置有明显不同;推导出高斯光束测量系统中针孔最佳尺寸和实际系统参数的关系,指出实验中波长为633 nm 测量系统的针孔最佳直径在20μm 到35μm 之间。     

面接触润滑测量系统油膜厚度自动计算方法

为了解决面接触润滑油膜光干涉测量系统人工计算油膜厚度效率低下的问题,提出光强数据的高效处理算法,实现油膜厚度的自动计算。通过理论和实验验证多光束干涉理论应用于滑块-玻璃盘面接触副的可行性。对整周期内的光强分布进行区域定义,应用Freeman方向链码和均值滤波对数据曲线进行分段光滑,设计基于阈值的归一算法,通过模板对比算法,得到光强曲线的始末端形态,自动计算出光强数据所属区域Ⅰ和Ⅱ的数量,实现干涉级次的准确计算;以该方法编写程序应用于实际测量,结果与手动计算的油膜厚度有很好的一致性。     

高斯光束的光学变换

本文从高斯光束和几何光学概念出发,分析了光学系统传输高斯光束的参数选择原刚,提出了某些设计要求。并以准直系统为例分析了激光准直系统对高斯光束的变换特性,还推导了光束扩展比的一般关系式。     

直角坐标激光直写的动态曝光模型

在兼顾胶层的光吸收特性、直写光束的高斯分布特征以及直写光束与胶层相对运动的情况下,建立了直角坐标激光直写的动态曝光模型以有效预测线条的线宽和侧壁角.仿真实验表明:以恒值高斯光强曝光时,该模型与等效仿真条件下的Dill曝光模型仿真结果完全一致.进一步证明了该模型的有效性和正确性,解决了目前在激光直写中存在的只能预测线宽或在忽略光刻胶吸收作用的情况下粗略估计直写线条轮廓的问题.同时,基于该模型分别分析了直写光功率和直写速度对线条轮廓的影响机理,为优化激光直写工艺的加工参量提供了一种有效的分析途径.     

端面泵浦固体激光棒内温度分布的研究

在分析了端面泵浦、周边冷却的固体激光棒内生热及致冷机制的基础上,将轴对称系统内的热传导问题简化为仅考虑径向热流的一维方程,并推导出“大礼帽”型光束泵浦及高斯光束泵浦两种情况下激光棒内温度分布的表达式。结果表明,在同样的光束尺寸下,利用高斯光束泵浦将导致棒内更加剧烈和更加不均匀的温度变化。文中对讨论进行了无因次处理,以使所获得的结论能够适用于不同的激光材料。     

Discussion on Temperature Profile in End-pumped Laser Rods

在分析了端面泵浦、周边冷却的固体激光棒内生热及致冷机制的基础上，将轴对称系统内的热传导问题简化为仅考虑径向热流的一维方程，并推导出“大礼帽”型光束泵浦及高斯光束泵浦两种情况下激光棒内温度分布的表达式。结果表明，在同样的光束尺寸下，利用高斯光束泵浦将导致棒内更加剧烈和更加不均匀的温度变化。文中对讨论进行了无因次处理，以使所获得的结论能够适用于不同的激光材料。     

基于拉盖尔-高斯光束的螺旋干涉模式研究

为提高粒子操控的灵活性和精度,一种基于拉盖尔-高斯光束的可控螺旋干涉模式被提出。通过理论分析两束拉盖尔-高斯光束同轴叠加光场,给出了不同参数的变化对干涉光场强度分布的影响。通过仿真模拟,研究参数变化对场强结构的调控作用。结果表明,通过改变两束拉盖尔-高斯光束的拓扑电荷数可以实现干涉模式光场强度极大值的数量和分布的动态调整,增加了对粒子操控的灵活性和可控性,为提高光束微粒操控的精度的提升提供了可能。     

刀口技术在激光冷却中的应用

研究了原子束的传输特性、激光冷却的效果及应用刀口技术实现μK量级冷却温度的测量,得出如下结论:原子从原子炉的出射口发射出以后,不论是否经过激光冷却,原子运动的距离越长,分布的均匀性越差。激光冷却可使原子炉出射原子的横向速度降低几个数量级,使原子束经传输后的横向分布均匀度大大提高。刀口技术可用来测量激光冷却后的温度,测量精度主要由测量荧光的CCD的像元尺寸决定。这些结论对深入开展激光冷却实验具有重要的意义。     

波导光束整形系统的理论研究

为了进行矩形波导光束整形系统的设计研究,利用Zemax软件模拟了部分端面抽运板条激光器波导光束整形系统光束整形过程,该系统能够将抽运光束整形成满足激光器要求的线形抽运光束.理论分析表明:矩形平面波导在整形系统中起到了至关重要的作用,波导长度变化对光强分布的均匀化有影响,矩形平面波导存在临界长度.     

Knife-edge technique for laser cooling

The transfer characteristics of an atomic beam and the effect of laser were investigated in this paper. In the application of knife-edge technique, the temperature of atoms through laser cooling was measured. Results indicate that, after atoms are emitted from an atomic oven, the longer the atoms move, the worse the distribution of the atomic beam shows, regardless the laser cooling is taken or not. Laser cooling can reduce the transverse velocity of the atomic beam to several orders of magnitude and also increase the uniformity of an atomic beam. Knife-edge technique can measure the temperature of an atomic beam through laser cooling. The measurement accuracy depends on the pixel size of the charge coupled device (CCD), which is used for the fluorescent imaging of the atomic beam. The results are very important for the future experiments of laser cooling. __________ Translated from Optics and Precision Engineering, 2006, 14(1): 63–69 [译自: 光学精密工程]     

半导体激光阵列合束技术的研究

综述了几种典型的半导体激光阵列合束方法,介绍了近年来半导体激光光束合成的最新进展,分析了各种合成方法的技术特点,总结了半导体激光阵列合束技术的发展趋势.研究发现光谱合束技术的输出光束光强分布不随阵列单元数而变化,且在远场和近场均能保持较好的叠加,大大提高了远场光束的亮度,有望成为未来半导体激光光束合成的重要发展方向.     

用平面CCD摄像机测量激光束轮廓的系统

本文研究了实时测量连续激光束轮廓的实验装置，介绍了用于同屏监测激光束轮廓、显示实时图像、处理图象的软件，并给出了程序流程图和具体的功能。利用此系统，我们监测了高功率ＹＡＧ激光束的不同空间模式，给出了它们的三维强度图和低阶混合模的一些重要参数。     

基于LCP径向偏振光输出的掺镱MOPA脉冲光纤激光器

为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出,提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法,利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分布的纳秒脉冲信号转换为横向强度呈空心环状分布的拉盖尔-高斯光。MOPA激光器系统由窄线宽连续种子源、电光强度调制器和后续的5级YDF放大器组成,通过实验获得了20.1 W的稳定LP01模输出。而后的LCP涡旋波片用作空间模式转换器,最终获得的平均输出功率为19.5 W,脉宽为10 ns,重复频率为10 kHz,横向剖面呈规则空心环形的径向偏振光输出,模式转换效率可达97%。另外,通过PBS测量法测得径向偏振光的模式纯度约为88.5%,兼具高功率与高纯度的优势。