轴棱锥非圆对称加工误差对贝塞耳光束质量的影响

在惠更斯-菲涅耳衍射积分理论和稳相法的基础上,分析了轴棱锥非圆对称加工误差对其所产生的零阶贝塞耳光束(J0光束)质量的影响,对CCD拍摄的贝塞耳光斑图样进行了数值模拟。计算结果指出,当轴棱锥的截面为圆对称的理想加工时,轴棱锥产生的光场分布为近似理想的零阶贝塞耳光。当存在非圆对称加工误差,且截面为椭圆形时,衍射光斑将偏离J0光.随着椭圆半长短轴之差的增大,偏离程度增大。实验结果和理论模拟吻合得很好。     

输入光束光斑半径变化对BOE整形环的影响

在已设计的16阶用于将He-Ne基模高斯光束转换为厚环形光束二元光学元件基础上,模拟计算了输入光束光斑半径变化对所设计的二元光学元件整形环效果的影响,模拟结果显示,当光斑半径偏离设计值在±50μm范围内,环上均匀性的均方误差不超出设计值的5%.同时,给出了输入光斑半径为1.745mm时的实验结果及660nm半导体激光实验结果.     

轴棱锥椭圆加工误差产生畸变无衍射光束的修正

轴棱锥的斜入射和加工误差对产生零阶贝塞耳光的光束质量有很大影响,而轴棱锥的加工误差常常是轴棱锥圆形横截面被加工成椭圆.由衍射理论和几何光学方法出发,分析了圆轴棱锥的斜入射和椭圆轴棱锥的正入射对产生贝塞耳光束质量影响的等价性.根据理论计算,模拟了圆轴棱锥的斜入射和椭圆轴棱锥加工误差的衍射光斑图.提出利用轴棱锥旋转法修正椭圆轴棱锥对无衍射贝塞耳光束质量的影响,获得了近似理想的贝塞耳光束,理论分析与模拟和实验结果基本相符.     

无衍射光束在激光三角测量系统中的应用研究

无衍射贝塞耳光束是近年来国内外极为重视的一个新兴研究领域.这种光束同时具有焦深长,中心光斑小的特点.利用这一特点,作者首次提出将其作为入射光束应用于激光三角测量系统,以解决传统激光三角测量系统无法满足大量程与高分辨率测量要求的问题.文中给出了无衍射光束的理论及实现方法.在三角测量物 象位置关系的基础上,设计了无衍射激光三角测量系统及其参数并给出了实验结果.理论分析与实验结果表明,这种新型系统明显优于传统的三角测量系统.     

纳秒无衍射贝塞耳光脉冲参量的分析与测定

从理论和实验两方面分析测定了纳秒无衍射贝塞耳光脉冲的相关参量.由广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论出发给出了平行光通过轴棱锥后的光场分布、最大无衍射准直距离、最小中心光斑半径等参量的表达式,并进行相关参量的数值模拟.实验采用平-抗共振环(ARR)腔被动调QNd∶YAG激光器和轴棱锥系统获得了高稳定的纳秒贝塞耳光脉冲,测定了其脉冲宽度、最大无衍射距离、横面光强分布及最小中心亮斑尺寸,实验结果与理论分析相吻合.利用胶片扫描法给出了光脉冲的截面光强分布精细结构,其分辨率远高于普通的光束分析仪.     

一阶贝塞耳光束的存在和演示

一阶贝塞耳光束是标量波动方程的一个特解，本文用瑞利一索末菲衍射理论证明了它的存在并作了实验演示。     

涡旋光束经叉形光栅的衍射特性

利用惠更斯-菲涅耳衍射积分以及叉形光栅的透射率函数,推导出了涡旋光束经叉形光栅衍射后的解析表达式。详细研究了涡旋光束通过携带拓扑电荷数l的叉形光栅后的光强分布和拓扑电荷数。结果表明,中心零级光斑和入射涡旋光束的拓扑电荷数m相同;随着衍射级数n的变化,衍射光斑的拓扑电荷数变为nl+m。当满足nl+m=0时,该n级光斑中心为平面波形的亮斑,在此光斑两侧随着衍射级数的改变,衍射光斑的空心半径逐渐增大。根据平面波光斑所在位置的级数n以及叉形光栅携带的拓扑电荷数l,由nl+m=0可确定入射涡旋光束的拓扑电荷数m。将计算结果与实验结果做了比较,发现两者基本吻合。     

湍流大气中J0相关部分相干平顶光束的传输特性

为了研究相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干平顶光束的传输特性,采用广义惠更斯-菲涅耳公式得到了J0相关部分相干平顶光束通过湍流大气的平均光强分布,并利用空间2阶矩法得到了均方根束宽的解析表达式;分析了传输距离、相干长度、大气折射率结构常数、阶数对光强分布特性和光束扩展的影响。结果表明,J0部分相干平顶光束的阶数越高,相干长度越小,光束受湍流的影响就越小;改变光源的相干度可以使光束在湍流大气中的中心光强达到最大。     

刀口法测量高斯光束光斑半径研究

根据高斯光束光强分布公式,讨论了P（x）%/（1-P（x)%)为任意值时,高斯光束光斑半径与刀口-光斑中心距比值及相应的光斑半径的测量误差;根据理论分析结果,在P(x)%为不同值条件下,对基模高斯光束光斑半径进行了实验测量,实验结果与理论分析符合较好。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

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.     

原型装置主放光路稳定性实验研究

为了研究高功率固体激光器光束指向的漂移情况,根据原型装置打靶误差预算中各部分的权重,分析了主放光路输出光束允许的角度漂移误差,即主放输出光束的角漂不超过10.6μrad。实验中选取了其中的一束,主放远场测量系统在37min内共采集到了144发次的远场图像,在MATLAB编程中使用阈值法和重心法处理每帧远场图像,将光束的漂移量在x和y方向上分解,利用均方根的概率统计方法,计算得到了主放输出光束的角度漂移误差,x方向为3.47μrad,y方向为4.09μrad。实验结果表明,主放光路的稳定性达到了设计指标,能够满足打靶要求。     

准直光束的温度场影响分析

在激光准直技术中,产生误差的主要因素有激光光束漂移、光线弯曲和随机抖动。对大尺寸激光准直测量,后两项误差的影响尤其突出。近年来产生了自适应准直的思想,即控制反射镜等元件的运动,使光束通过两个基准孔径,以期得到光线基准。这种方法是建立在“光直线传播”的基础上,然而这个条件在真实大气中是不满足的。本文根据对长距离激光准直光束特性的分析,提出了多点监测、综合补偿的准直方法,这种方法的特点是建立一个任意曲线的光束轨迹模型。由于这个模型是根据现场实测数据建立的,综合考虑了三个误差因素的相互影响和作用,因而具有较高的精度,较广泛的适应性和较大的应用范围     

高功率980nm锥形增益区脊形波导量子阱激光器的优化

利用MOCVD生长980nm InGaAs-AlGaAs渐变折射率分别限制异质结单量子阱激光器外延片,采用锥形增益区脊形波导结构制备器件.保持总腔长1850μm不变,改变脊形区的长度分别为450,700和950μm,对比三种情况的P-I特性和光束质量.发现LRW＝450μm时,器件特性参数和远场光束质量最优,斜率效率达0.83W/A,饱和功率为4.28W.输出功率为1W时,远场发散角为7.5°×30.6°,M2因子为3.79.     

Exposure parameters for MeV proton beam writing on SU-8

Proton beam writing was performed on a lithographic resist to determine the main parameters required to achieve the minimum feature size, maximum pattern lateral density and maximum aspect ratio. A 2.5 MeV proton beam focused to sizes between 1.5 and 2.5 μm was used to expose SU-8 negative resist. The number of protons per pixel was varied in the exposure of SU-8 with thicknesses between 5 and 95 μm. Patterns consisting of single pixels, single-pixel lines and multi-pixel areas with different densities were fabricated. The smallest structures achieved were posts 1.5 μm in diameter with 4:1 structure-space ratio in 15 μm thick resist and the highest aspect ratio structures of 20:1 in 40 μm resist were produced. It was found that the minimum feature size depended only on the beam size, and ±10% post size accuracy could be achieved within 40-70% variation of the number of protons. MeV proton beam allows a direct fabrication of complex shapes without a mask in single-step irradiation and, in addition, no proximity correction is needed. We present examples of MeV proton beam written single and multi-pixel microstructures with easily reproducible high aspect ratios and densities.     

二元矩形位相光栅用于高斯光束的空间整形

本文研究了透射式二元矩形位相光栅实现高斯光束空间整形的基本原理,并作了理论推导;提出了光栅加工的技术指标,对实验工作作了具体描述,并分析了实验结果。透射式二元矩形位相光栅的主要技术指标为:栅槽宽度:1.5mm;栅槽深度:0.55μm;光栅有效尺寸:15mm;透射率:大于90%;波长覆盖:0.55μm～0.65μm;破坏阈值:平均功率10W。整形参数:功率效率:大于75%;能量效率:大于90%;衍射距离要求:大于10m;整形后光束强度的径向非均匀起伏:小于9.3%。     

聚焦离子束辐照对MOS晶体管性能的影响

聚焦离子束(Focusedionbeam)系统现在被广泛应用于大规模集成电路的修补中,FIB辐照对器件性能的影响受到广泛的关注。研究了两种栅尺寸的NMOS晶体管(20μm×20μm和20μm×0.8μm)在不同辐射剂量作用下的阈值电压变化情况,发现在辐射后的阈值电压都发生了明显的漂移,辐照后的晶体管阈值电压在室温环境下静置数日后有约30%的恢复,而在退火条件下阈值电压几乎完全恢复。文中从理论上对电离辐射引起阈值电压的漂移予以解释,使实际的电路修补工作最优化,从而确保器件在修补后的可靠性。     

激光束偏转方向定位方法研究及应用

提出一种高精度确定激光束中心位置的方法。该方法以激光衍射理论为基础,利用CCD作为探测器,结合曲线拟合技术,使激光束在CCD上定位精度达到光敏元尺度的1/10.利用此方法检测棱镜顶角,精确度达到0.004°。     

1.3μm GaAs基GaInNAs量子阱生长与激光器研制

报道了中国第一只1.30μm单量子阱边发射激光器的材料生长、器件制备及特性测试.通过优化分子束外延生长参数,调节In和N组分含量使GaInNAs量子阱的发光波长覆盖1.3μm范围.脊形波导条形结构单量子阱边发射激光器,实现了室温连续激射,激射波长为1.30μm,阈值电流密度为1kA/cm2,输出功率为30mW.     

光束参量积对半导体激光器光束质量的评估

为了解决传统方法中用光束参量积来评估激光光束质量的不足,基于半导体激光器的光束特性,采用了光束参量积M_q2因子来评估半导体激光器光束质量,进行了理论分析和实验验证,取得了快轴准直焦距（FAC）分别为1100μm和600μm的各6个组合光束以及FAC为600μm的10个组合光束的有效焦距长度数据。结果表明,L_//和θ_⊥的变化越明显,光束质量参量积M_q2因子的变化越明显;测量值和计算值之间的误差小于5%。这一结果对高能激光的光束质量评估是有帮助的。