环形孔径高斯光束的远场特性

讨论环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布，并给出拟合表达式。首先推导光束没有抖动时远场光斑的光能分布表达式，然后研究各种不同中心遮拦和不同光束截断比，在有以及没有激光束抖动的情况下，对高斯光束的远场环围能量分布变化的影响。     

复宗量双曲正弦高斯光束的传输特性

对复宗量双曲正弦高斯(EshG)光束的一些基本特性进行了研究。由Collins公式出发推导出了光束通过近轴ABCD光学系统传输的场分布函数,根据二阶矩的定义和光束在近轴ABCD光学系统中的传输公式推导出了光束通过近轴ABCD光学系统光斑尺寸的解析表达式。得到了复宗量双曲正弦高斯光束在自由空间传输时束腰宽度和位置的解析表达式以及M2因子的表达式。对光强分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置和M2因子进行了数值计算,并对计算结果作了分析。本文所得结果具有广泛的意义,因为正弦高斯光束、双曲正弦高斯光束和复宗量正弦高斯光束均可视为其特例。     

激光通道传输热效应仿真

采用数值计算方法分析了高能激光在光束控制器内部传输所产生的热效应及其对激光远场光斑的影响。结果表明,对于较高激光能量,光速控制传输通道中的激光热效应不容忽视,它会明显影响光束控制系统的发射性能,降低远场目标处的激光能量集中度,并使光斑产生较严重的畸变。     

H-S波前传感器在测量光束质量因子M 2中的应用

仿真研究了H－S测量M^2因子等光束质量指标的全过程和可行性。结果表明，由H－S测量的圆形光束的M^2因子值与原始光束的M^2因子值基本相当，有很好的一致性。由此认为，H-2S除了可以评价远场测量系统探测得到的光斑的各种量，比如PSF，OTF，衍射极限，环围能量等远场特性，而且还可以从M^2因子来说明光束质量的特性。     

一种新型的激光远场光斑直接测量技术

激光远场光斑测量对描述激光束的远场性能,评价激光器以及系统的实际工作性能具有重要意义。通过比较激光光斑远场直接测量与间接测量的优缺点,提出使用单片机控制的探测器阵列进行远场光斑直接测量。分析了数据传输、光电转换单元等关键技术,给出了主要程序的框图。该系统采用由上位计算机、主单片机和下位单片机构成的分布式结构,能够测量激光光斑大小、形状、总能量、能量分布等参数,可适用于单脉冲至几百赫兹、中高能量以下的激光器,并且测量精度高。     

激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法

人眼对不同灰度级的分辨能力非常有限,但对色彩却相当敏感,能区分有不同亮度、色度和饱和度的成千上万种颜色。根据人眼视觉的这个特点,提出了一种激光光斑能量分布的三维伪彩色可视化方法。该方法利用伪彩色技术将激光光斑的256级灰度图像变换为连续变化的伪彩色图像,通过空间灰度插值运算将离散的图像数据生成光斑的彩色三维模型,实现激光光斑能量分布结构的三维可视化,以反映光斑不同区域能量分布的相对大小和位置,并可以通过3D坐标变换进一步方便人们从各个角度观察激光的能量分布。这为光束质量的评判提供了重要依据。     

焦区附近球形粒子对高斯光束的弹性散射

本文应用复源球面波理论,将高斯光束场按矢量球波函数展开,对高斯光束入射到单个球形粒子上时的弹性散射问题进行了理论分折。并对球形粒子在波束传播轴上时的远场散射光强角分布进行了数值计算,同时还与平面波散射的结果进行了比较。     

激光光束平行漂移对聚焦光斑位置影响的理论分析

本文引入象差函数分析聚焦激光光学系统焦点附近的光强分布。推导出了激光光束平行漂移对聚焦光斑位置影响的公式。分析表明,平行漂移将使聚焦光斑产生纵向焦移和横向焦移,其大小取决于光束平移量ρ_0,球差系数S_1,出瞳半径a以及高斯参考球的半球R_0。     

涡旋光束轨道角动量在大气湍流传输下的特性分析

从拉盖尔-高斯涡旋光束表达式出发,基于瑞利衍射理论,通过研究涡旋光束在大气湍流中传输时的旋转相干函数的变化规律,总结了涡旋光束在大气湍流中传输时各轨道角动量之间的串扰情况,使用了拓扑荷数探测概率描述串扰规律,并推导了拓扑荷数探测概率的解析表达式。研究了涡旋光束通过湍流后的拓扑荷数的分布情况,并将结果与涡旋光束通过大气随机相位屏的数值仿真结果进行了对比,给出了理论与仿真的拓扑荷数的探测概率随湍流强度以及初始涡旋光束拓扑荷数大小的关系图对比,验证了推导的拓扑荷数探测概率解析表达式的正确性。通过该表达式可进一步研究大气湍流与涡旋光束相互作用从而影响涡旋光束轨道角动量散射的本质,为涡旋光束的空间光通信中选择合适的拓扑荷数间隔,以及在不同湍流强度下选择合适束腰大小以减少串扰带来的误码率提供了理论依据。     

提高随机位相板能量利用率的研究

首次提出了菱形形位相元结构的随机位相板，用衍射理论分析了经这种随机位相板变换后的激光在远场的光斑特性。结果表明其能量利用率高于其它随机位相板用面阵ＣＣＤ记录的远场光斑，经计算机处理后得到的光斑包络与数值计算结果一致。     

弯曲振动气介式超声换能器的振动特性及辐射声场研究

本文对弯曲振动气介式超声换能器进行了研究，推出了夹心式换能器与弯曲圆板二者复合振子的机电等效电路及其总体频率方程，得出了其远场声压分布及指向性的解析表达式，并数值计算了换能器近场三维声压分布。     

星地量子密钥分配中单光子捕获理论分析

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导了自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率表达式,分析了低轨卫星-地面站间链路的单光子捕获问题。结果表明,采用TEM10模拉盖尔-高斯型高度衰减激光脉冲作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使得卫星上接收机以最大概率捕获光子。单光子捕获概率一般在10-1~10-3量级。与基模高斯光束相比,采用TEM10模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而产生单光子捕获概率的损耗。通过考虑大气湍流的影响,对单光子捕获概率的表达式进行了修正。     

垂直阵列DL巴间准直光束指向精度测量方法

简介了大功率二极管激光器垂直阵列巴条(Bar)间准直光束指向精度问题,及其对激光器垂直阵列输出光束的影响.采用单透镜远场探测系统对激光器垂直阵列远场光斑进行采集,搭建了实验测试装置.结合光斑强度质心算法对实验室封装的20巴条连续输出2 kw二极管激光器垂直阵列进行了测量,测试结果为巴间准直光束指向精度±1.7 mrad...     

高斯光束均束器光学系统设计

为了提高激光光束的应用水平,需要将高斯光束整形为平顶光束。分析了非球面高斯光束均束器的基本原理和设计理论,选用超高斯光束函数作为平顶光束的数学-物理模型,建立了入射高斯光束与出射平顶光束之间的映射关系式,给出了高阶非球面的面型参数,利用光学设计软件ZEMAX设计了高斯光束均束器光学系统。系统入射光束直径为2 mm,出射光束直径为4 mm,激光波长为1064 nm。分析了能量转换效率,根据Bessel公式定义了平顶光束的平顶度。设计结果实现了激光束的2倍准直扩束、95.98%的能量转换效率和96.6%的平顶度。     

用计算机全息方法改变激光束横模的研究

以圆对称高斯光束变换为十字光束为例，提出一种全息光学元件的设计理论和方法，推导出计算机制全息图的衍射方程，同时给出设计结果的计算机模拟验证方法，动用ＨＯＥ可以解决光束能量转换效率及能量重新分配问题。     

大口径拼接望远镜成像系统的远场特性

本文根据衍射光学理论和几何光学理论,利用已得到的拼接望远镜的理论解析表达式和建立的数值仿真模型,对拼接望远镜光学系统的远场特性进行了分析计算,包括系统的理论衍射光斑直径、点扩散函数、斯特列尔比以及光学传递函数等。并根据仿真模型分析了拼接主镜中分块镜平移误差和倾斜误差对拼接望远镜系统远场的影响。分析结果表明,拼接主镜的平移误差和倾斜误差都影响系统的点扩散函数、斯特列尔比和光学传递函数,并使远场成像模糊;其中分块镜倾斜误差会额外引入平移量,如果补偿掉平移量对望远镜系统的远场性能有很大提高。     

一种光斑图像中心的亚像素提取方法

针对空间发光点所成光斑图像中心的高精度提取问题,本文提出一种亚像素提取方法.该方法建立了具有高斯能量分布的空间发光点的透视投影光斑图像灰度分布数学模型,证明了空间发光点能量中心的透视投影不变性.通过对光斑图像二阶方向导数和自相关函数的分析,获得Hessian矩阵并推导出像素级光斑图像中心的判定条件,再将图像灰度分布函数在光斑图像像素级中心的亚像素邻域内泰勒展开,并求取光斑图像灰度分布曲面的局部极大值点作为亚像素级光斑图像的中心点.与现有经典方法的对比仿真实验结果表明,该算法具有更高精度和更好的鲁棒生,可广泛应用于视觉检测的摄像机标定、三维形貌测量等任务中(类)光斑中心的高精度提取.     

爆炸焊接参数设计能量模型(Ⅰ)

论述了建立爆炸焊接参数设计能量模型的依据和方法，得到了表征能级分布和能级转换的等能量线和数学表达式，阐明了焊接参数的变化规律和等能量线的性质。     

基于狭缝整形的低损耗飞秒光纤光栅制备

为了解决飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings, FBG）损耗较高的问题,利用逐面法完成飞秒光纤光栅制备的实验研究。运用高斯光束传播的基本理论,通过狭缝整形技术对聚焦的飞秒激光能量分布进行等高宽整形,突破在光纤横截面内诱导产生圆形折射率调制的难点,最终制备得到低损耗的飞秒光纤光栅。开展不同狭缝宽度制备FBG的光谱特性对比实验,结果表明：利用光斑直径为5.0 mm的飞秒激光光束刻写FBG时,采用宽度为1.7 mm的狭缝制备得到的FBG插入损耗降低至0.15 dB,短波损耗降低至0.5 dB,验证了基于狭缝整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法的有效性。针对狭缝法制备的FBG反射率分散问题,提出控制折射率匹配液填充量以及调整飞秒激光能量的方法,并优化光束聚焦流程,成功降低FBG反射率的分散度。本研究对推动飞秒光纤光栅在大容量、高链路损耗等环境中的实际应用具有重要意义。     

涡旋光束通过非高斯随机粗糙面的场分布特性

基于角谱衍射理论,利用Johnson传递系统数值模拟非高斯粗糙面,研究了拉盖尔-高斯涡旋光束通过随机非高斯粗糙表面的场分布特性。在分析了非高斯粗糙面方向自相关长度、峰度、偏斜以及均方根粗糙度对涡旋光束场分布影响的基础上,研究了涡旋光束通过随机粗糙表面后光束光强分布变化时的均方根粗糙度取值范围,并通过实验,将实验数据与仿真结果进行了对比分析。结果表明:当非高斯粗糙面方向相关长度为20 mm,偏斜为0.001,峰度为6,均方根粗糙度大于0.12 mm时,拉盖尔-高斯光束透过随机表面的光强分布不再保持空心分布,对应的相位奇点消失。