小孔径高斯光束整形元件的优化设计

高斯光束整形一直是二元光学研究领域中十分活跃的课题，虽然国内外学者对二元光学元件（BOE）的设计方法、优化算法以及整形光斑的形状等进行了广泛的研究和探讨，但都没有对输出光斑的尺寸进行讨论．本文是在考虑使输出光斑尺寸尽量小的前提下，对通过傅里叶变换系统将圆对称的高斯光束变换成均匀平顶光束的二元光学元件进行优化设计的，并根据测不准关系对光斑所能压缩的尺寸极限进行了初步探讨．光束的整形是将某一输入平面上光束的复振幅分布经光学系统变换为输出平面上符合要求的光束复振幅分布．本文采用的博里叶交换系统仅由一位…     

双曲余弦-高斯光束的分数傅里叶变换特性研究

基于分数傅里叶变换(FRFT)与维格纳分布函数(WDF)旋转等效的性质．推导出了双曲余弦-高斯(ChG)光束在分数傅里叶变换面上光强分布和束宽的解析公式，研究了双曲余弦-高斯光束光强和束宽随分数傅里叶变换阶数的变化规律，分析了偏心参量对双曲余弦-高斯光束分数傅里叶变换特性的影响，并对数值计算结果进行了分析和讨论。结果表明，对给定偏心参量的双曲余弦-高斯光束，可以使其经过一定阶数的分数傅里叶变换来获得平顶光束。     

基于迭代傅里叶变换算法的光束整形元件位相编码的优化设计

基于迭代傅里叶变换算法 ,提供了对具有 2个台阶二元光束整形元件进行位相编码的优化设计方法 ,详细研究了初始位相选取以及引入强度自由度、位相自由度在迭代傅里叶变换算法中对再现像品质的影响 ,得到了衍射效率更高的光束整形元件位相掩膜     

高斯光束变换成方形均匀焦斑的衍射光学元件的研究

采用二维加权串行迭代算法(WSI)设计了8台阶的衍射光学元件(DOE)进行激光光束整形,将圆形高斯激光束变换为10μm×10μm的方形均匀焦斑,同时满足了二维激光光束形状的改变及振幅分布均匀化的功能;应用到高密度全息存储中,实现了入射到记录材料上焦斑强度的均匀分布。模拟计算结果表明,转换到均匀区的能量效率达到912%,平顶区的不均匀度为46%,误差小于0023%,基本上达到了设计的要求。同时分析了衍射光学元件对入射高斯光束的束腰半径及傅里叶变换透镜焦距的宽容度,还制作出了8台阶量化相位衍射光学元件的三套掩膜板。     

分数傅里叶变换面上厄米-拉盖尔-高斯光束的变换特性

为了研究厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束在分数傅里叶变换(FRFT)面上的变换特性,利用柯林斯(Collins)公式,导出了其通过分数傅里叶变换系统后,在分数傅里叶变换面上的光强分布解析式.并利用此解析式作数值计算,研究了其在分数傅里叶变换面上的光强分布特性.研究表明,厄米-拉盖尔-高斯光束在分数傅里叶变换面上的光强分布受参量α,模指数m,n和分数傅里叶变换阶数p的影响.光强分布随p和α周期性变化,周期分别为2,2π.此外,厄米-拉盖尔-高斯光束通过分数傅里叶变换系统后,光束形状保持不变.     

椭圆高斯光束的分数傅里叶变换

利用分数傅里叶变换与Wigner分布函数旋转等效的性质 ,推导出了椭圆高斯光束在分数傅里叶变换平面上的光强分布和束宽的解析公式。研究了椭圆高斯光束光强和束宽随分数傅里叶变换阶数变化的规律 ,并给出了数值计算结果     

用于激光加工中的矩形孔径Dammann光栅光束变换技术

针对大功率激光加工对光束空间强度分布的实际要求,提出了一种用二元光学元件对光束进行变换的方法,即利用均匀采样的矩形孔径Dammann光栅对激光高斯光束进行光束变换,可满足任意点阵分布的输出要求.以线状、均匀、环状和非均匀分布的光强输出为例,介绍了矩形孔径Dammann光栅光束变换技术的设计原理及实现方法,结果表明输出光强分布具有较高的衍射效率和均匀性.将均匀和非均匀分布的输出光束应用在激光加工技术的表面强化上,结果表明试样表面的硬度和耐磨性等力学性能均有提高并且强化层具有较好的均匀性.     

用于激光雷达光束整形的二元光学元件的设计和研究

介绍了几何追迹法和GS算法的原理,并用这两种方法设计了二元光学元件,把激光雷达输出的基横模高斯光束整形为均匀圆光束,用MATLAB程序模拟了整形效果,结果表明设计很好,满足光束整形的要求。     

二维光束整形的衍射光学元件设计

采用加权串行迭代算法(WSI)设计衍射光学元件(DOE)，将二维圆形高斯分布的激光光束分别整形为二维正方形和三角形的均匀光束，同时实现了光束形状改变及振幅分布均匀化的功能．模拟计算结果表明，用WSI设计得到的输出波形形状基本达到要求，转换到均匀区的能量效率分别达到95．3％、93．6％．     

摆动反射镜实现高功率激光束的平滑化

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束，设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构，由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化，得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型，并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明．采用这种新型的整形方式，CO2激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端，提高了系统的可靠性，简化了结构设计。     

利用相位滤波方法制备中空高斯光束

中空光束因为其可用于控制微观粒子而受到国内外研究者的关注[1].2003年,cai等[2]嘬早给出了中空高斯光束的数学定义及其传播特性的数值研究.随后人们展开对这种光束的研究,如wu等[3]研究了远场中空高斯光束的解析向量结构.2007年,Liu等[4]使用振幅滤波和傅里叶变换的微分性质实现了中空高斯光束的产生,然而使用振幅滤波操作会降低输入光束的能量,将使该方法在实际应用中受到限制.我们用一种基于纯相位滤波方法来制备中空高斯光束[5],并可以保持输出光束的能量基本不变.     

Bessel-Gaussian光束在分数傅里叶变换面上的光强分布

利用广义衍射积分方法,研究了Bessel-Gaussian(BG)光束的分数傅里叶变换特性,推导出了BG光束通过分数傅里叶变换光学系统后,光场分布的解析公式,利用该公式对BG光束经分数傅里叶变换后光强的分布规律进行了数值分析。研究结果表明,分数傅里叶变换阶数p对BG光束的光强分布有明显影响,光强分布随分数傅里叶变换阶数p呈周期性变化。     

时空变换脉冲整形系统中实现光束复原的一种新方法

提出了时空变换脉冲整形系统中光束复原的一种新方法：用单模光纤代替通常时空变换法中的第二个电光偏转器。当改变调制狭缝的宽度时，获得了脉宽在740ps～4．5ns连续变化的整形脉冲，而且输出光束质量好。此方法降低了对关键元件电光偏转器的要求，提高了可靠性，简化了系统。     

激光刻写三维全息图产生涡旋倍频的实验和理论研究

涡旋光通常需借助外部光学元件或结构将高斯光束整形来产生。激光引发的光致折变结构可以将光束整形功能直写到材料内部,具有便于集成和稳定性好等优点,但这种线性衍射通常无法获得高效的倍频涡旋输出。为解决该问题,首先实验研究了铌酸锂中激光直写参量对光致折变结构分辨率和最大深度的影响,并刻写三维全息图将高斯基频光转换为十字形涡旋倍频;之后理论证明了利用基频的布拉格衍射,可在1.074～3.716μm范围产生相位匹配的涡旋倍频输出。     

椭圆高斯型激光束到均匀圆光束变换的量化问题研究

椭圆高斯型激光束到均匀圆光束变换的量化问题研究姬杨，张静娟（中国科学技术大学研究生院，北京１０００３９）为了进一步扩大量子断半导体激光器在光通讯、光计算等方面的应用范围，我们正在研究用二元光学元件将椭圆高斯型激光束变换成均匀回光束的问题。我们基于霍裕...     

利用分数傅里叶变换设计衍射光学元件

本文讨论了分数傅里叶变换与菲涅耳衍射的关系,提出球面衍射过程就是一种具有尺度因子的分数傅里叶变换,并应用分数傅里叶变换进行衍射光学元件的设计。     

基于平行相位调制算法的半导体激光光束整形方法

半导体激光器的发射光束存在发散角大、光照强度分布不均匀等缺陷,使其不能直接用于干涉测量,为改善光束质量,提出基于平行相位调制算法的半导体激光光束整形方法。首先,分析平行相位调制基本原理,设计相位函数,提高信号光照强度,使脉冲相位分布情况满足傅里叶变换极限脉冲水平;其次为获取理想的基模高斯光束,结合正弦光栅算法,获取光束整形的全息图函数表达式;最后为确保入射光束能够铺满整个调制器,使该光束透过扩束镜,调整光束尺寸,并将扩束后的光束消像散全息图叠加到整形全息图中,从而得到理想的激光光束。仿真实验表明,所提方法使激光光束整形为无像散的基模高斯光束,光斑发散角对称性较明显,最低光束质量为81. 4 mm°mrad高于文献方法,能够满足精准度较高的干涉测量要求。     

整形为平顶洛伦兹光束的非球面透镜组研究

高斯光束整形为均匀平顶光束在激光加工、激光驱动核聚变等方面有着重要应用。以平顶洛伦兹函数作为输出光束强度分布,采用非球面透镜组整形方案,通过分析平顶洛伦兹函数阶数和半高宽对整形效果的影响,使用最小二乘法拟合非球面面型,最后透镜组由ZEMAX软件进行光学仿真,结果表明,选用阶数为25,半高宽增大时,整形效果越好,在中心一定区域能达到理想的平顶光束输出。     

光阑约束和离轴失调Lohmann系统的分数傅里叶变换

为了研究受硬边光阑约束及失调Lohmann光学系统对分数傅里叶变换的影响,采用了平顶多高斯光束模型模拟硬边光阑,推导了平面光波在受硬边光阑约束和系统透镜离轴时的Lohmann 型分数傅里叶变换光学系统中传播的解析表达式;计算机模拟了受半径为7.696cm的硬边光阑约束和透镜离轴失调量时的输出.结果表明,在有硬边光阑约束和离轴失调时Lohmann两种结构并不等效.     

用全息元件实现变形分数傅里叶变换

提出用全息元件实现变形分数傅里叶变换 .用全息方法制作在两个方向上具有不同焦距的变形柱透镜 ,且两方向上的焦距可随全息元件记录条件不同而改变 .用此元件实现了在不同方向上具有不同阶的变形分数傅里叶变换 ,讨论了用全息元件实现这种变换的条件 .并提出用此元件构成一种新的光学安全认证系统 ,给出了实验结果