菲涅耳透镜的衍射特性及误差分析

对均匀平面波、高斯光束和超高斯光束入射下菲涅耳透镜的衍射场在轴上和焦平面上的光强特性进行了研究，比较了它们之间的不同之处；分析了高斯、超高斯光束的束腰半径、位相误差和阶数对衍射场的影响。研究发现均匀平面波入射时，无论是轴上光强分布还是焦平面上的光强分布，都具有类似sinc函数的特征；而高斯／超高斯光束入射时，轴上的光强分布曲线相对较为平坦；高斯／超高斯光束入射时，随着超高斯光束的阶数增加或着束腰半径减小菲涅耳透镜的聚焦能力呈降低趋势；位相误差将使衍射场出现了多焦现象，这些焦点处的光强随着位相误差的增大而呈现增大的趋势，且正误差比负误差带来的影响更大。     

激光束在红外探测器焦平面聚焦特性研究

基于非致冷式焦平面红外热像仪，数值模拟了红外激光光束经过长距离传输后，在焦平面处的聚焦特性．比较了平顶模和高斯模，在焦点处的能流分布，以及照射光线同热像仪光轴不一致时，聚焦光斑在焦平面处的强度分布．     

慧差对矢量偏振贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

利用Richards-Wolf矢量衍射积分公式,获得矢量偏振贝塞耳-高斯光束经具有初级慧差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下聚焦光场的纵向分布,以及焦平面和光轴上的光强。研究表明,初级慧差的存在导致矢量偏振贝塞耳-高斯光束的会聚光场发生偏移和变形,焦平面光强的分布和光轴上的光强峰值都受初级慧差和入射光偏振态的共同影响,偏振态和初级慧差不影响聚焦光场在光轴上的对称分布。     

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。     

飞秒激光在材料微加工中的应用

本文介绍了飞秒激光的特性以及超短脉冲激光与材料相互作用的机理，并着重指出了其与长脉冲激光的区别。飞秒激光可产生超高光强、具有精确的损伤阈值(并且损伤阈值较低较低)、很小的热影响区、几乎可精密加工所有种类材料，并且，加工精度极高，可进行亚微米尺寸的精密加工。通过分析飞秒激光材料微加工的特性，综述超短脉冲激光材料微加工的应用研究现状。     

高能飞秒激光光束锯齿光阑截趾整形

针对高能飞秒固体激光器光强分布光滑均匀的要求，研究了飞秒光束通过锯齿光阑和空间滤波器的传输特性。和单色激光的衍射不同，宽带的飞秒光束衍射调制较小，直接利用锯齿光阑，便能获得近场光强分布相对均匀的光束。     

基于波前传感器的宽带光谱激光系统空间啁啾

分析了空间啁啾对宽带光谱超短脉冲激光系统的影响,提出了利用波前传感器研究神光II 5PW(SG-II-5PW)装置空间啁啾的实验方法。实验中采集了宽光谱超短脉冲激光经过展宽器及多级空间滤波器后的波前特征,测量了系统光路产生的横向空间啁啾和波前像差中心相对系统光轴的偏移量,并通过实时调节色散调节器来消除激光装置的空间啁啾。对比分析了横向空间啁啾被消除前后的波前分布,计算结果表明SG-II-5PW装置激光光束的聚焦性能和远场能量集中度可得到显著提升。     

飞秒超短脉冲激光对硅太阳能电池的损伤阈值研究

首次采用飞秒超短脉冲激光（35 fs）,研究其对硅太阳能电池的损伤阈值。与相同波长的连续激光对比,飞秒激光的损伤阈值略高。这一结果不同于纳秒或皮秒激光,主要是因为当加热脉冲时间相当或小于电子-声子耦合时间时,非热平衡效应显著,热传导现象不再满足Fourier 定律。在实验中采用了光束整形技术,首次采用强度均匀分布的激光研究损伤阈值。此技术能减小高斯激光中心光强过大造成的实验偏差。     

波前畸变对光栅压缩器输出激光脉冲的时空特性影响

波前畸变会影响平行光栅对压缩器输出脉冲的可压缩性和远场焦斑的质量。结合光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理建立了平行光栅对压缩器理论模型。同时分析了输入脉冲的波前误差、光栅衍射面的形变以及光栅波像差对压缩器输出脉冲远场焦平面时空特性的影响,并采用蒙特卡罗方法数值模拟分析了其误差容许范围。为高功率激光装置中平行光栅对压缩器中进行波前畸变和光栅质量的控制提供了理论参考。     

超短激光脉冲对比度的三阶相关测量

在超强超短激光脉冲与物质相互作用过程中,良好的激光脉冲对比度是一个非常重要的参数指标.为了扩大对超短激光脉冲对比度的测量范围,准确地测量超短激光脉冲的对比度,利用非线性晶体对激光脉冲强度变化十分敏感的特性,研究了超短激光脉冲三阶相关信号的产生过程,并在此基础上,研制了一台三阶相关仪,对一台飞秒激光振荡器进行了脉冲对比度的测量研究.测量结果表明,通过在测量光路中加入聚焦透镜进行聚焦准直,可以有效提高激光脉冲的倍频效率,从而大幅提高该三阶相关仪的可测动态范围.该测量系统目前可实现的可测动态范围达到约108.     

飞秒激光脉冲序列互相关的数值模型与分析

为研究飞秒激光超短脉冲序列在空气中传输的时间相干特性,根据飞秒脉冲序列的传播理论和空气折射率Ciddor公式,建立了飞秒激光脉冲序列间脉冲在空气中传播的互相关数值模型。根据该模型可以得到不同光谱分布、不同光程差和不同大气条件下的飞秒脉冲序列间脉冲的互相关图形。数值模拟结果表明随着脉冲间光程差的增大,由于色散的原因,互相关图形加宽和啁啾,并且峰能量减小;然而当光程差不变,仅改变大气条件时,互相关图形仅仅作线性移动,没有任何额外线性加宽或啁啾。飞秒光学频率梳具有非常高的时间相干性,并且飞秒脉冲间的互相关图形只取决于激光器光源的光谱分布。     

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。     

超短激光脉冲序列烧蚀镍薄膜的研究

超短(飞秒)激光脉冲序列技术能有效地提高激光加工金属的加工精度,它在微/纳制造中具有重要的理论意义和生产价值。为了研究脉冲间隔对激光烧蚀金属加工精度的影响,以过渡金属镍为研究对象,采用双温模型和分子动力学模拟相结合的方法,对飞秒激光脉冲序列(脉冲间隔不同)烧蚀金属镍的过程、现象进行了研究,取得了脉冲序列烧蚀镍薄膜的动态表层电子温度和晶格温度随时间演化的数据和烧蚀区域在不同时刻的快照。结果表明,一定范围内,随着脉冲间隔的增加,脉冲序列烧蚀镍薄膜所产生的纳米粒子更加均匀,烧蚀平面更加平整,初始熔化速度、烧蚀率呈降低趋势,有利于提高加工的精度。     

用干涉自相关包络宽度测量超短激光脉冲啁啾

为了测量超短激光脉冲啁啾值,提出了一种用2次干涉自相关包络宽度测量啁啾值的简单方法。利用2次干涉自相关包络宽度对啁啾有很高的灵敏度、含有不同啁啾量的超短激光脉冲有不同的包络宽度的特性,通过对高斯型强度分布的线性、平方及立方啁啾的干涉自相关包络函数进行了理论分析,得到包络宽度与啁啾量值之间的对应关系。采用干涉自相关2次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的含有啁啾的脉冲进行测量,其干涉自相关包络宽度为1.15,被测超短激光脉冲啁啾为1.0。结果表明,根据含有啁啾的干涉自相关曲线两翼的特征,可判断啁啾阶数,再根据包络宽度与啁啾值的对应关系,可估定啁啾量值;用干涉自相关包络宽度能容易地测量超短激光脉冲的啁啾量值。     

Laser ablation and micromachining with ultrashort laser pulses

The mechanisms of ultrashort-pulse laser ablation of materials are discussed, and the differences to that of long laser pulses are emphasized. Ultrashort laser pulses offer both high laser intensity and precise laser-induced breakdown threshold with reduced laser fluence. The ablation of materials with ultrashort pulses has a very limited heat-affected volume. The advantages of ultrashort laser pulses are applied in precision micromachining of various materials. Some femtosecond laser pulse micromachining results, including comparison with long pulses, are presented. Ultrashort-pulse laser micromachining may have a wide range of applications where micrometer and submicrometer feature sizes are required     

贝塞尔-高斯光束经球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分推导了一种涡漩光束——贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后的光场表达式,并利用数值计算分析了球差系数对聚焦光束光强剖面分布的影响。研究表明,通过改变球差系数,可以改变零阶贝塞尔-高斯光束轴上光强最大值点的位置,球差的存在使轴上光强最大值减小。零阶贝塞尔-高斯光束经球差透镜聚焦后不能保持其传输不变性,在几何焦面上光强剖面类似于高斯形分布,而实际焦点所在面上的分布则仍具有零阶贝塞尔函数的特征。对于一阶贝塞尔—高斯光束,球差的存在会改变其横向光强分布。     

Evaluation of the diffraction losses for a single-element diodelaser transmitter in a free-space optical link

The losses in an optical link using a diode laser transmitter are calculated as a function of the size of the transmitter lens and the degree of astigmatic wavefront aberration present in the diode laser output. Unlike previous treatments, this treatment accounts for the correlation between the intensity distribution and wavefront aberrations in the calculation of the Strehl intensity by modeling the laser output as a truncated astigmatic Gaussian beam. Families of curves showing the Strehl intensity versus astigmatism at various truncations are presented. The results can be generally applied in calculating the link losses for any diode laser transmitter whose astigmatic Seidel coefficient or root-mean-square wavefront aberration has been measured. Examples using wavefront measurements of the output of single-element gain-guided and index-guided diode lasers are also presented     

基于衍射理论的高斯像面球差的计算与分析

为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。     

超连续谱激光光束质量评价及提升方法

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手：一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。