激光束经离轴抛物面镜聚焦后光斑特性的研究

从几何光学和物理光学出发,对抛物面镜以离轴90°的方式应用于激光束的聚焦光路时,光轴的角度失准和入射光发散角对聚焦光斑造成的影响进行了分析.基模高斯光准直入射时,由于抛物面镜无球差,焦斑的峰值光强将与入射光直径的平方成正比.光线追迹法证明角度失准导致产生一对相互垂直的焦线,由衍射光学知入射的高斯光将转变为类椭圆高斯光,降低了焦面处的峰值光强.抛物面镜对入射角失准的敏感度极高,mrad量级的误差就足以使焦面处的峰值光强降低一半左右.而且,入射光束直径的增大又将大幅度降低对角度失准的容忍度,使焦面处的峰值光强对失准更敏感.同时也证明发散角的存在将导致产生彗差,亦降低其峰值光强.     

激光光束参数对声光器件性能的影响研究

研究了基模（TEM00）工作状态下,声光器件的衍射效率、光脉冲上升时间与激光光束直径、发散角的关系。依次采用光束直径为0.15 mm、0.30 mm、0.45 mm,光发散角为3 mrad、4 mrad、6 mrad的激光作为入射光源,对电极宽度0.5 mm的声光器件进行了衍射效率和光脉冲上升时间测试试验,对试验数据进行了对比和理论分析。结果表明,声光器件的衍射效率、光脉冲上升时间与激光光束直径、光发散角密切相关。     

高阶衍射级光束的轨道角动量北大核心CSCD

为研究高阶衍射级光束的轨道角动量,基于计算全息法在空间光调制器的傅里叶平面产生了不同衍射级的完美涡旋光束,并利用球面波干涉法对其拓扑荷值进行了测量。理论和实验结果表明不同衍射级p上的整数阶和分数阶完美涡旋光束的拓扑荷值l都满足l=mp的关系,其中m是相位掩模板的拓扑荷值。并进一步对不同衍射级的光学涡旋阵列进行了实验研究,结果表明光学涡旋阵列中光学涡旋的拓扑荷值满足l=p的关系,高阶衍射级上的衍射光束比+1级衍射光束具有更大的轨道角动量。该研究为光学涡旋及光学涡旋阵列进一步的研究及应用提供了理论和实验参考。     

激光束干涉法的应用

利用球面波代替平面波作干涉法检验,在设备上较为简单,是本方法的特点和优点.以下着重介绍对平行平晶检验的应用结果.一、用激光束干涉法检验平行平晶1.激光点光源激光光束经一凸透镜聚焦或凹透镜散焦后就可以得到一个具有一定发散角的球面波,它犹如放置在透镜焦点处的一个点光源发出的光波.所以利用激光器发出的激光束     

声光调制器影响激光束偏振旋转特性的研究

一线偏振的激光束经过声光调制器与声波发生相互作用后,其衍射光束的偏振方向与入射激光束的偏振方向并不一致,往往发生旋转.本文对工作于Raman-Nath衍射的Ge晶体声光调制器对入射激光束偏振角的旋转进行了理论分析与实验测试.结果表明,二者较好的吻合.     

非相干LED白光产生无衍射光的光源设计

非相干光源产生无衍射光束的实验中,入射光束的均匀性对产生无衍射光束的质量有很大影响。文中以非相干光源白光LED为例,通过对LED自身发光特性的分析,对光线传播过程进行数学建模,用非成像光学光通量守恒原理,对均匀照明设计方法进行理论推导,得到了一种基于非成像光学产生均匀光束的透镜设计方法。用三维建模软件进行建模并用光学仿真软件进行光线追迹,确定用该方法设计的透镜能满足实验对入射光束均匀度的要求,并初步实验获得较高质量的零阶无衍射Bessel光,验证了该设计方法的合理性。     

自加速艾里光束的生成及控制

基于切线簇的概念,从几何光学的角度分析了自加速艾里光束的形成过程,以及艾里光束入射面相位分布与其自加速轨迹的关系,并给出了根据自加速轨迹分布函数推算艾里光束入射面相位分布的迭代算法,讨论了艾里光束自修复特性的形成原理。利用液晶空间光调制器调制准直激光束实验生成了二维艾里光束,并对其无衍射、自加速、自修复等特性进行了验证。此外还通过对一维艾里光束的调控实验生成了自聚焦光束和类贝塞尔光束等新型的光束。     

波前分割DOE阵列半导体激光器光束的品字形整形

半导体激光器(LD)输出光束受工作电流、个体差异的影响,发散角、输出光强受此影响而出现波动。常规衍射光学元件(DOE)的激光光束整形设计只针对特定的输入输出光场,使用宽容度比较小。在LD的整形中利用DOE阵列化的处理,输入光场被分割成许多小单元,不同强度的光重新在成像平面内预定的区域内叠加,实现对光束的整形。用均匀平面波设计阵列DOE每个单元,把高斯分布的球面波整形成品字形光强分布,衍射效率90.53%,均匀性在96%附近;发散角在快、慢轴方向上2°~16°变化,均匀性95.8%以上、衍射效率90%以上;在离焦量±16μm内,光束质量变化不大。阵列DOE提高了LD光束整形系统的稳定性。     

变发散角半导体激光器光束整形发射系统设计

变发散角半导体激光束具有重要的应用意义.根据光线传输的基本原理,从理论上推导了变发散角半导体激光器光束整形发射系统的设计公式,在推导过程中,为了更准确地设计系统,保证出射光束质量,需考虑半导体激光器的固有像散.讨论了最佳的系统结构形式,推导了半导体激光器光束整形的变发散角公式,根据该公式设计了一个变发散角半导体激光器光...     

大功率半导体激光束变发散角整形系统设计方法

在研究了大功率半导体激光器(HPLD)光束特性的基础上,提出了实现大功率半导体激光束变发散角的设计方法。针对线源像散激光光源设计了由两个垂直放置的平凸柱透镜组成的可变激光束发散角的整形系统。在满足光束发散角要求的前提下,通过离焦使其出射光束的发散角在一定范围内连续改变。建立了两个柱透镜移动量与光束发散角关系的数学模型。利用商用光学软件对整形系统进行了模拟,结果表明,光束发散角被压缩在一定范围内连续改变,从而可实现对不同范围物体照明。     

无衍射激光通信模拟实验系统的设计与实现

无衍射光束的发散角为零并且中心光斑直径相对于高斯光束较小,在激光通信中有潜在的应用价值。本文介绍了一种以无衍射光束为信息载体的大气激光通信模拟实验系统。以串口作为计算机与该通信系统的连接终端,通信速率可通过控制软件调为多种级别：采用内调制的方法使得激光光强随传输数据而变化,使用圆锥透镜法将激光器的出射光束转换为无衍射光,在接收端利用PIN探测器将经过调制的光信号转换为电信号,经过解调后进行信号放大和电平转换,最后将数据输入串口。激光调制电路具有自动功率控制功能,维持通信过程中激光器的功率恒定。激光接收电路具有无光告警功能,可在光路受到遮挡时提示通信中断。经过实验,该系统可完成计算机串口之间的无衍射激光通信,通信比特率达到普通计算机串口的最大速率19．2kbps。     

基于直边衍射的高斯激光驻波场仿真

为了研究原子光刻实验中基片对汇聚激光场的影响,基于标量光学理论,采用数值计算对直边衍射情况下高斯激光驻波场特性进行了仿真。结果表明,高斯激光的直边衍射效应会呈现与平面光波相似的强度振荡现象,两者直边衍射后的第1个强度突变分别为中轴线强度的1.18倍和1.37倍;随着束腰的增大,高斯激光的衍射越接近平面波;中轴线和基片表面距离会影响高斯激光截面进入直边几何阴影之外的大小;直边衍射后入射波和其经过反射镜作用的反射波相遇叠加在光轴方向上会形成稳定的驻波;这种驻波的强度在垂直光轴截面上呈现一定的衍射特性。该研究有利于理解直边衍射时高斯驻波场形成的实质;并可通过适当的激光参量来调整实验激光驻波场结构。     

无衍射光的大焦深成像系统及图像复原

提出了一种光学、数字图像处理技术相结合的可扩大光学系统焦深的新型成像技术.利用轴锥镜产生无衍射光,无衍射光束具有中心光斑直径小且传播距离远的特性,将无衍射光理论与技术应用到成像系统中可加大焦深且无需调焦.介绍了大焦深成像系统的基本原理,分析了系统的焦深,建立了大焦深成像系统实验模型,并用图像复原方法对实验图像进行了较好的恢复.实验结果证明采用无衍射光与图像处理技术相结合增大成像系统焦深的方法能使成像系统在较大的范围内有较好的成像质量.     

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。     

Influence of Gaussian Beam on Terahertz Radar Cross Section of a Conducting Sphere

In RCS estimation, usually a plane wave is assumed; while in real measurements at terahertz frequencies, generally a Gaussian beam or a similar beam source is adopted. In this paper, the RCS of a conducting sphere is discussed under the condition that the incident wave is a Gaussian beam. In the estimation, the influence of 2.52 THz collimated laser beam on RCS is discussed and the RCS changing with scattering angle and some other factors is obtained; at the same time, the comparisons between different incident beams, plane wave and Gaussian beam, are also given. The estimation results show that choosing a beam width of 40 mm is appropriate when the sphere radius is 10 mm and the distance between the sphere and the beam source is 1 m.     

纳秒Bessel光束截面光强的分布

由衍射积分理论给出平行光通过轴棱锥后的光场分布表达式,模拟得到Bessel光束截面光强分布图.利用轴棱锥法,以平-抗共振环(ARR)介稳腔Nd:YAG调Q激光器为光源,获得高稳定的纳秒Bessel光脉冲.通过胶片扫描法和激光光斑能量分布的三维可视化方法,获得纳秒Bessel光截面光强的二维及三维能量分布图.实验结果与理论模拟基本吻合.实验结果表明,通过上述方法得到的分布图达到了比DataRay公司的Taper-CamD-UCM-20-15型光束分析仪要高的图像分辨率,是一种记录ps、甚至fs超短光脉冲空间能量分布的有效方法.     

波面偏心对共轴透镜axicon衍射图的影响

应用衍射理论推导出了入射波偏心情况下的衍射圈计算公式。模拟的数值计算的结果与实验一致。同时讨论了偏心后衍射图变化的各种特性，并导出了偏心限制量计算公式。     

多孔径光束积分激光匀束器理论与设计

分析了多孔径光束积分匀束器的基本原理和设计理论,分别设计了衍射型和成像型微透镜阵列激光匀束器,将高斯光束整形为平顶光束。光线追迹的结果表明,当微透镜阵列的菲涅尔数较大时,两种匀束器都能获得良好的匀束效果,而成像型能比前者提供更好的光束均匀性和边缘坡度。此外,入射光的准直性能会影响匀束效果,当入射光发散角较大,超过微透镜数值孔径时会导致像面光斑出现明显旁瓣,无法实现正常的匀化。     

高斯镜参数对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响

实验研究了输出镜为不同参数高斯镜时,偏心对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响及激光器的输出特性。仅当光轴与激光晶体中心轴、Q开关中心轴一致,且经过高斯镜反射率中心时,可同时实现最大能量、最窄脉冲宽度和最小发散角输出。存在偏心时,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越大,则能量下降越多,脉冲宽度和发散角增大越大。对于反射率半径为2.5 mm和中心反射率为30%的高斯输出镜,偏心0.5 mm时,能量降低7%,脉冲宽度增宽33%,发散角增大20%。激光性能方面,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越小,光束质量越好,但效率低。综合考虑偏心影响和激光性能,反射率半径为2.75 mm和中心反射率为20%的高斯镜作为输出镜最佳。泵浦能量为984 mJ时,获得了能量128 mJ,脉冲宽度7.3 ns,光束质量M2因子约4.6的1064 nm激光输出,对应光光转换效率为13%。实验结果为激光器设计和装调提供了参考。     

在轴零阶贝塞尔波束对手征介质球的散射特性分析

贝塞尔波束自产生以来,凭借其无衍射、自修复特性已经获得了越来越多学者的关注。基于广义洛伦兹米理论, 将在轴贝塞尔波束与手征介质球相互作用的入射场及散射场展开为球矢量波函数的表达式。结合球矢量波函数的正交完备性及电磁场的连续性边界条件,推导出了在轴零阶贝塞尔波束对手征介质球电磁散射的解析解。数值模拟了散射强度随散射角的分布,将在轴贝塞尔波束退化为平面波照射手征介质球的散射结果与文献比较,吻合得较好。分析了波束及介质球参数、介质球偏离波束中心位置对散射强度的影响。该理论为手征材料和手征涂覆目标在微波工程及目标隐身中的应用提供了很好的理论应用价值。