光束质量对激光加工中光束行为的影响

在光束质量定义的基础上,阐述了光束质量对激光加工中光束的传输、聚焦、光束变换以及光束加工范围的影响．     

激光束在大气中的传播特性研究

激光大气传输特性是研究激光在通过大气传播的过程中,大气与激光相互作用产生的一系列线性与非线性效应以及这些效应对激光传输的影响。文章基于正的共焦非稳定谐振腔的激光场,采用快速傅里叶变换（FFT）等方法研究激光光束在大气中的传播特性,分析了强激光器如二氧化碳激光器在大气传输中产生的一些线性光学效应,并在只考虑大气折射、大气分子吸收等对激光光束的影响下,求出了激光光束在大气中的偏移、光束的扩展和光束质量等,进而利用β参数和Strehl比来评价高能激光器的光束质量特性,给出了这两个参数随着最高能量变化的图形。     

激光器的光束特性在材料加工中的作用

激光器的光束质量、功率、光的波长以及偏振状态是影响激光加工的几个主要参数。本文论述了材料加工对激光光束质量的要求以及光束质量的评定标准，分析了光束质量、直径与波长对光的传输、聚焦与加工性能的影响，归纳了不同功率密度时激光能量的吸收机制以及波长的影响，讨论了激光的偏振及其应用。     

大功率Slab CO_2激光器光束质量的测量

为了充分了解SlabCO2激光器的光束质量,采用LASERSCOPEUFF100光束光斑质量检测仪对SlabCO2激光器的光束质量进行了全面的测量研究.从激光束通过飞行光学导光系统(flyingoptits)前后的光束质量测量、聚焦后光斑的质量测量以及焦点漂移4个方面全面考察了SlabCO2激光器的光束质量.测量结果表明:SlabCO2激光器的光束质量因子M2约为1.1,光束横截面的强度分布接近基模高斯分布;激光束经过长距离的导光系统传输后仍能保持光束横截面的强度分布,采用焦距为190.5mm的聚焦镜,聚焦光斑的半径约83μm;在工作范围内(x:0-3m)的焦点漂移量约为1mm.     

具有轨道角动量的涡旋光束在非均匀大气湍流中的传输特性

基于拓展的惠更斯–菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩定义,研究涡旋光束（l=1）在非均匀大气湍流中的传输特性,推导出其 M2因子及光束扩展表达式,并进行数值模拟。结果表明,初始空间相干长度、束腰半径、光束波长、天顶角以及湍流内尺度对光束传输有较大影响。在一定范围内,减小相干长度、天顶角、束腰半径,增大波长或湍流内尺度,均能有效提高光束传输质量。相较于电磁–高斯谢尔模型阵列光束、部分相干空心光束,具有轨道角动量的涡旋光束受大气湍流的影响更小,更有利于信息的有效传递。在自由空间光通信（FSO）中,采用电磁高斯涡旋光束,具有更高的稳定性。     

大功率工业激光的功率密度分布及其应用

由于激光功率、光束的模结构与聚焦光斑形态等参数,对加工质量起着决定性作用,通过对工业加工用大功率激光束,特别是聚焦焦点的横截面功率密度分布的测量,可以了解不同激光器加工能力的差异,为激光加工质量的提高提供最基本的数据. 采用大功率激光光束光斑质量诊断仪(LQD-1),对几种工业加工用典型大功率激光的功率密度分布进行了测量,所测激光束的模式主要有准基模、混合模、多模,根据测量结果给出了其应用范围.     

反常涡旋光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用柯林斯(Collins)积分方法,导出了反常涡旋光束(Anomalous Vortex Beam,AVB)在梯度折射率(Gradient-index,GRIN)介质中的传输公式,分析了AVB光束在GRIN介质中的传输特性,讨论了光束参数和GRIN系数对传输特性的影响.研究表明,AVB光束在GRIN介质中传输时,轴上...     

3 Bar半导体激光器的光束整形系统研究

在壳体成型系统中,激光光束的均匀性和集中性直接影响壳体加工的效率和质量。为了提高壳体固化效率和质量,采用微柱透镜和半圆柱透镜相配合的方式,对壳体固化系统所选用的3bar条半导体激光器所发射的光束进行准直和整形。从物理光学的角度对准直系统的工作原理进行了分析,搭建了仿真光路图并给出了准直后的光斑发散角和整形后的能量分布情况。设计了一款慢轴发散角小于3°、快轴发散角小于5°、光斑尺寸小于20mm×10mm的激光光源整形准直系统。有效的提高了半导体激光器的固化效率和壳体成型质量。     

光纤端面衍射场光束的特征参数

光纤端面衍射场光束的特征参数由基于二阶矩和微分算子算法定义的近场模场半径、远场发散角角半径和基于二阶矩算法定义的光束传输因子综合描述.在傍轴近似条件下,推导出光束参数之间满足以光束传输因子为枢纽的简单关系式,给出光束传输因子大于1的结论.提出光纤端口衍射场的光束参数可直接由光纤模式场分布,或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算,为精确测量和计算光纤特征参数提供了理论依据.最后推导出阶跃折射率光纤LP01模衍射场光束特征参数的解析函数表达式和光束特征参数的范围.     

偏心高斯光束的强度分布

根据Collins公式得到了离轴高斯光束通过光学系统后的变换关系，分析了变换后光束强度分布的特点，结果表明变换后的光束为偏心高斯光束，进而导出了偏心高斯光束在垂直于传输方向上强度分布的近似表达式．最后以薄透镜系统为例，数值计算了该方向上的强度分布；以及不同位置处，偏心高斯光束与高斯光束强度分布的偏离程度，表明束腰平面上强度分布为高斯分布，随着考察面到束腰平面距离的增大，此偏离程度迅速变大．     

大功率激光三维制造技术

北京工业大学研发的“大功率激光三维制造技术”通过了专家鉴定。专家认为，该项研究成果达到了国际领先水平。该成果包括： 　　1.在国际上首次提出基于附加相移的大功率 CO2混合模激光光束传输与聚焦理论，可计算大功率 CO2激光光束横截面能量分布的变化、光束的光学参数、焦点偏移等参数，并可根据激光光束质量参数确定三维激光加工的范围，为大功率激光三维加工飞行光学系统的应用条件提供了理论根据。 　　2.在国际上首次建立了将激光光束参数、激光聚焦参数、材料参数、加工工艺参数综合的大功率激光三维焊接和切割数量模型，形成了…     

复宗量双曲余弦平方-高斯光束在单轴各向异性晶体中的传输

基于光束在单轴晶体中传输的角谱理论,对复宗量双曲余弦平方-高斯光束在单轴各向异性晶体中的传输作了研究,得到了一般的解析传输公式,并用数值的方法讨论了晶体内源于复宗量双曲余弦平方-高斯光束的两偏振分量的传输特性,结果表明,在适当参数的条件下,两偏振分量在晶体中的传输波形结构基本保持不变.     

光在双层双折射系统中的传播过程

目的研究正入射条件下光在双层双折射系统中的传播规律.方法利用该双层系统,光束每经过一次交接面,反射光和透射光的数目将是入射光束数目的两倍, 用矩阵方式给出了其精确的传输过程.结果与结论光在该系统中的多次反射与透射,光束的数目成几何级数增加,为研究该系统的干涉图样并进一步研究法布里-珀罗干涉仪打下基础.     

高斯光束的激光变焦扩束光学系统设计

远距离激光主动探测体制对扩束发射光学系统的扩束能力及其对距离的适应性能提出了较高的要求。针对某系统所用的1.06μmYAG调Q脉冲激光器,分析设计了一个可变扩束比为1.5-10的变焦扩束光学系统。按照高斯光束特殊传输及变换规律对变焦扩束系统进行分析,得出了可用的初始结构参数,并以此优化设计出的扩束光学系统满足了系统扩束比及其变焦范围的要求。     

可动态改变飞行光束特征的可变曲率镜片

美国贰陆公司(II-VIInfrared)生产的可变曲率镜片允许用户动态地改变其飞行光束特征,通过水压或气压控制镜片的曲率,从而调节光束发散角。在应用激光进行材料钻孔时,该可变曲率镜片可调节光束的焦深,以获得最适合的加工速度;同时还允许激光飞行光路系统制造商对整个工作台上焦深的变化进行补偿。在工作台的不同位置,由于光程的改变,激光光束发散角或光束直径也会随之改变,这对于大型工作台尤其重要;特别是在厚板加工领域,可变曲率镜片的应用,能显著提高激光设备的加工效率。     

聚焦高斯光束焦移特性分析

基于LSI系统理论分析了经透镜传输的基模高斯光束焦移问题,给出了焦移量的解析表达式.     

多光束智能耦合技术研究

通过对多光束光轴耦合对准技术、光束光轴和光瞳实时在线检测技术、光束光轴和光瞳位置控制技术的理论分析,建立了能够实现多光束光轴自动准直并具有自动调整和修复能力的智能化多光束耦合技术手段,设计并搭建了实验系统,开展了技术验证试验,为智能化光束耦合和调整的实际工程应用奠定技术基础。     

光在双层双折射系统中的传播过程

目的 研究正入射条件下光在双层双折射系统中的传播规律。方法 利用该双层系统，光束每经过一次交接面，反射光和透射光的数目将是入射光束数目的两倍，用矩阵方式给出了其精确的传输过程。结果与结论 光在该系统中的多次反射与透射，光束的数目成几何级数增加，为研究该系统的干涉图样并进一步研究法布里－珀罗干涉仪打基础。     

厄米-高斯光束倾斜入射类透镜介质的近轴传输

将描述光在类透镜介质中传播的Helmholtz方程化为具有线性谐振子势的schroedinger方程形式，借助于量子力学中的“含时”么正变换技术，解析求解光束倾斜入射到类透镜介质中传输时的场分布，得到场传输的传播核因子，研究任意倾斜入射光束位形的传输问题，并对厄米-高斯光束的传输进行计算．研究结果表明：厄米-高斯光束倾斜入射进类透镜介质束宽度的演变与光束正入射的情况一样，随传输距离作周期性变化，但因光束倾斜入射，厄米-高斯光束的传输出现了新效应。即光强分布中心不再沿直线,传播方向也不断变化,出现与横坐标相关的附加局域相因子．     

高斯光束经含光阑失调光学系统的传输特性

为分析光学系统中圆孔光阑和透镜失调对高斯光束传输特性的影响,利用硬边椭圆光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,推导了高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,得出了输出光束场分布与光束参量、孔径尺寸、ABCD矩阵元、光阑和光学系统失调量间的关系。针对特定光学系统,定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响。