自适应控制飞行光束聚焦特性

推导了用瑞利长度表示的TEMmn高斯光束成像变换ABCD定律,得到了飞行光束的聚焦特性.提出了应用自适应飞行光束聚焦系统来解决飞行光束聚焦特性的问题,详细分析了光束质量、聚焦焦斑、聚焦镜焦距、实际焦距与几何焦距之差的变化对自适应"飞行光束"聚焦系统调节性能的影响,实现了对焦点位置与焦斑大小的控制.(OG22)     

静电圆锥透镜曲轴电子束聚焦理论的研究

在曲轴宽电子束聚焦理论的基础上，本文研究了静电圆锥透镜聚焦性质，提出了静电场中考虑主轨迹为平面曲线情况下电子束的焦点、焦距等电子光学基本参量的定义。作为例子，给出了两种类型的静电圆锥透镜的电子光学在不同电参量下的关系曲线。     

"飞行光学"焦移研究

基于焦移传输理论，推导了“飞行光学”中焦移、相对焦移的表达式，分析了“飞行距离”、瑞利长度和聚焦镜焦距对“飞行光学”中焦移、相对焦移的影响。     

高斯反射率镜腔的热稳定性研究

基于对谐振腔热稳定性的详细研究,本文指出以往文献的结论只适于简单驻波腔,给出了基模热稳腔的新定义:高斯光束复参量q不随热焦距f变化。根据这一定义,我们对高斯反射率镜谐振腔的热稳定性进行了讨论,并指出此时谐振腔的Fresnel数亦是热稳的。     

用轴棱锥实现可改变的局域空心光束

理论和实验研究了利用轴棱锥-透镜系统产生的局域空心光束，分析了局域空心光束的演变过程，由简单的几何光学结构和近轴光线追迹的方法进行模拟。研究结果表明，局域空心光束的暗中空区域不仅与聚焦透镜的焦距有关，而且与光阑半径以及聚焦透镜到轴棱锥间的距离有关；对于给定的轴棱锥，局域空心光束的横向暗斑尺寸与焦距成正比，并且其纵向暗斑尺寸与聚焦透镜到轴棱锥间的距离以及光阑半径成反比。这些结果表明，改变聚焦透镜的焦距和聚焦透镜到轴棱锥间的距离以及光阑半径，可有效地改变局域空心光束的暗中空区域。     

用双平凸薄透镜组聚焦高斯激光束

为了研究高斯激光束经过一种双平凸薄透镜组构成的复合光学系统的聚焦特性,采用矩阵光学方法,得到了高斯激光束经复合光学系统聚焦后光斑半径和像距的计算公式,结合数值计算分析了系统中各参量的变化对复合光学系统的稳定性和束腰处光斑半径的影响,并进一步讨论了高斯激光束经复合光学系统的聚焦特性。结果表明,通过控制各相关参量的取值,复合光学系统会比较稳定,能够获得较小的光斑半径;并通过实验测量,实现了聚焦半径约为2μm的突破,证明了理论分析的正确性。该研究为全固态激光器进一步的实验设计提供了依据。     

关于多个激活元件激光器的理论考虑

本文利用矩阵方法研究了由多根YAG:Nd棒串接的高功率连续激光器,这些激光棒的几何尺寸和热聚焦特性可以是不同的。通过电子计算机计算求得了描述激光器运转特性的参量如匹配参量Q、振荡横模数m_1、谐振腔G因子等随激光谐振腔几何结构和激光棒热焦距变化的函数关系,又求得了这些参量随光泵功率变化的函数关系。     

涡旋相位编码的径向矢量光束的紧聚焦特性

为了研究涡旋相位编码的径向矢量高斯光束经过高数值孔径物镜之后的聚焦特性,采用RICHARDS和WOLF提出的矢量积分理论和数值模拟方法,对聚焦场的特征进行了理论分析和模拟实验验证,取得聚焦场分布随涡旋相位物理参量之间的数据关系。结果表明,当单个涡旋相位编码于径向矢量高斯光束时,在聚焦场能够获得2维的径向和纵向分量;当双涡旋相位对称地编码于径向高斯矢量光束时,聚焦场会出现两个光学暗点,此光学暗点处的折射率低于周围环境的折射率。这一结果对提高光学微操控的灵活性,以及对双微粒的捕获与操控是有帮助的。     

种子注入光学参量振荡器的纵模特性研究

主要对种子注入单纵模光学参量振荡器的纵模特性进行了理论和实验研究。利用数值模拟方法,对光参量振荡器中的场强方程进行了求解,得出在种子注入情况下,单纵模脉冲光参量振荡器的输出光频率主要由谐振腔纵模频率决定,而注入光频率与腔纵模频率的偏差应小于腔纵模间隔。并利用多纵模的Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为种子光,成功地获得了单纵模参量光输出     

YAG激光加工机新型VFL系统

研究了一种长工作距离（117mm）、短焦距、在18～57mm范围内连续可变焦距的YAG激光加工机新型光学聚焦系统，论述了系统的特点及基本原理，给出了有关设计参数。     

Study on the response characteristics of adaptive focusing system for flying optics

The ABCD law of parameter q for fundamental-mode Gaussian beam is deduced in this paper. The result shows that the changes of focal length and focal depth are not related to the orders of the Gaussian beam modes when focus lens moves along optical axis in a large range, indicating that the ABCD law of parameter q can be used for any order modes. A laser focusing setup is designed, and the response characteristics of oil pressure system therein are also studied.     

自适应扩束系统控制"飞行光束"聚焦特性

提出了一种应用自适应扩束系统解决“飞行光束”聚焦特性的方法 ,分析了系统的工作原理及调节特性。数值模拟结果表明 ,自适应扩束系统能够实现对“飞行光束”聚焦特性亦即焦点位置与焦斑大小的控制。     

飞行光学导光系统中的光学理论和设计

从激光加工的角度出发，以多模激光光束传输和聚焦理论为基础，论述了飞行光学导光系统中光束变换系统的设计方法，光束质量对飞行光学导光系统的设计的影响，提出了飞行光学系统中激光光束在激光加工中的加工范围和有效焦深等新概念。     

激光微束装置中的聚焦系统

本文提出一种新的激光聚焦系统,用于激光微束装置能获得小于1μm的聚焦光斑。它由一个具有一定倍率的空间滤波系统和一组短焦距、长工作距离的聚焦物镜组成。文中最后给出了测试结果。     

大功率扩散冷却型Slab CO2激光器光束质量的研究

本文对国际上最新的大功率扩散冷却型Slab CO2激光器的光束质量进行了全面的测量与实验研究.从原始激光束的光束质量、通过导光系统后激光束质量、聚焦光斑的质量以及焦点漂移四个方面全面考察了Slab CO2激光器的光束质量以及光束的传输、聚焦特性.结果表明,Slab CO2激光器具有高光束质量,其M2因子非常接近1的理想值;激光束具有良好的传输和聚焦性能,可以长距离传输;使用焦距为300mm的聚焦镜聚焦,聚焦光斑的束腰半径约为134μm,光束横截面能量分布接近理想的高斯分布,焦深约为5mm,在加工范围内(3m),激光束的焦点漂移量大约为1mm.另外,采用Slab CO2激光器对厚度为10mm的低碳钢在不同的离焦位置进行激光深熔焊接实验,讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响.     

基于非球面镜像差效应的长焦深高斯光束均匀化光学系统设计

近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而,高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度,实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布,但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此,本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统,系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成,所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜,能够实现99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为1064 nm,工作距离为1000 mm,系统总长为135.2 mm,耐受激光功率不小于300 W。设计结果表明:整形后的平顶高斯光束有效焦深为±100 mm,光束均匀性≥95%,会聚角为17.52 mrad,能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统,具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。     

一种多谱段红外成像光学系统设计

为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520 mm,有效口径200 mm, F数为2.6。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。     

激光准直特性在主动式激光侦察告警系统设计中的应用探讨

探讨了主动式激光侦察告警系统入射高斯光束腰斑与望远镜副镜的距离对出射高斯光束准直倍率的影响.在满足入射高斯光束腰斑与望远镜副镜的距离远大于望远镜副镜的焦距的条件下,望远镜主镜的焦距与望远镜副镜的焦距的比值越大,出射高斯光束的准直效果越好.在不满足入射高斯光束的腰斑与望远镜副镜的距离远大于副镜的焦距的条件下,仿真分析了望...