计算全息法产生涡旋光束的实验

基于计算全息法,通过计算和模拟得到了涡旋光束与平面光束干涉所产生的位错条纹,用胶片记录位错条纹并制作成位错光栅,在自行设计搭建的光路中进行实验获得1~4 阶的涡旋光束。实验结果表明,各阶涡旋光束的空心半径随着阶数的增大而逐渐增大,与理论分析相符合;实验进一步观察到各阶光栅的二级甚至三级衍射光束,当入射光束中心与光栅位错中心重合时,能够产生光强分布对称的涡旋光束,当光束中心和光栅中心不重合时,产生的涡旋光束的光强分布不对称。这为后续以涡旋光束为捕获光束的光镊实验的进一步拓展及应用提供了理论和技术支持。     

部分相干光束倍频效应的实验研究

部分相干光束是近几年引人注目的研究课题。这种光束不仅可以消除在激光应用中由于激光光束的高相干性引起的散斑等有害效应;而且,还保持了激光光束的高亮度、高方 向性的优点。此外,理论结果表明,选择适当的光束参数,部分相干光束的倍频效率比完全相干的激光光束的倍频效率要高。然而,迄今,我们尚未见到有关部分相干光束倍频的实验研究的报道。本文报道我们在这方面的实验工作,给出初步实验结果,并对实验结果进行初步的理论分析。     

大气湍流对激光信号传输影响的分析研究

文中介绍了激光信号通过随机大气信道时,大气湍流效应造成了光束抖动、强度起伏,光束扩展和像点抖动等现象。对强度起伏、光束漂移及扩展和相位起伏与到达角起伏进行了理论分析,并在理论分析的基础上设计了实验研究方案,最后得出了相应的实验结果。     

涡旋光束经过散射介质产生散斑的理论和实验研究

研究了涡旋光束经过散射介质后形成的散斑特性 ．运用概率统计理论和光束传输理论,模 拟了不同拓扑电荷数的涡旋光束经过散射介质后形成的散斑,以及散射介质颗粒尺度对散斑 特性的影响。模拟结 果表明,随着涡旋光束拓扑电荷数的增大和散射介质颗粒尺度减小,形成 的散斑颗粒尺寸逐渐减小。实验上,利用螺旋相位板(SPP)产生涡旋光束,使其透过散射介 质后形成散斑。实验结果 表明,涡旋光束经过散射介质后,随着散射介质颗粒尺度减小,形成的散斑对比度逐渐增大 ;随着涡旋光束拓 扑电荷数的增大或散射介质颗粒的减小,所形成散斑的尺寸减小。实验结果与模拟结果 相吻合。     

倍频过程对激光光束质量及空间分布的影响

为了研究倍频过程对激光光束质量及光束空间分布的影响,针对典型的高阶高斯光厄米-高斯光束,采用理论计算与实验相结合的方法,得出倍频过程中不同阶数的基频光束对倍频光光束空间分布及光束质量的影响。研究结果表明,随着基频光束模式变差,倍频光束质量严重恶化。而对于相同光束质量的基频基模光束,倍频光光束质量随着入射在倍频晶体上不同的基频光光斑半径基本不变。实验中得到半导体抽运掺钕钇铝石榴石内腔倍频激光器的绿光输出功率为49.5W,波长1064nm的基频光光束质量M2=4.93,波长532nm的倍频光光束质量M2=10.2。结果与理论基本相符。     

无衍射光束的传输

本文使用稳相法对无衍射光束的传输特性作了详细的理论分析,并与高斯光束作了比较.选用轴棱镜产生近似零阶贝塞尔光来的方案,进行有关零阶见塞尔光束传输特性的实验研究,取得了在误差范围内实验与理论计算一致的结果.     

透镜焦距对局域空心光束尺寸的影响

基于衍射理论导出由轴棱锥和透镜系统产生的局域空心光束的光传输公式,模拟了其三维(3D)光强及截面光强分布图。由衍射理论和几何光学方法详细分析了聚焦透镜的焦距对局域空心光束尺寸的影响,即在相同条件下,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大。实验得到当焦距分别为50 mm,70 mm以及100 mm时,局域空心光束的径向暗域尺寸为200μm,300μm以及430μm。理论计算、数值模拟与实验结果相吻合。     

输入输出距离变化对BOE整形环强度的影响分析

利用杨 -顾相位恢复算法设计了 1 6阶光束整形器 ,用以将 He- Ne激光基模光束整形为环形光强分布 ,并进行了实验分析 ,在实验中 ,改变输出面距输入面 (光束整形器 )的距离 L,测得输出面的衍射光强分布 ,并与理论模拟相比对。研究结果表明实验结果与理论设计及模拟相吻合     

利用极大似然法统计回波信号实现光束闭环瞄准实验研究

瞄准偏差和光束抖动是光束瞄准系统中的两个最重要的误差。对以高斯光束和高斯抖动为基础的光束瞄准目标时产生的光回波信号进行数学建模;结合极大似然估计算法理论,建立并完善了基于回波信号的光束瞄准误差估计模型;并编写程序实现了Monte Carlo模型仿真,搭建了实验室平台。仿真和实验结果表明,极大似然估计算法表现出了优良的性能,能够同时准确地估计出瞄准偏差和光束抖动,信号样本越大其估计精度越高,且实验结果和仿真结果吻合得很好。在此基础上,根据实时偏差估计实现了实验室光束闭环瞄准实验。     

稳腔固体激光器光束参量的研究

定义了适用于多模固体激光器的光束质量参量,理论和实验结果表明,定义的光束参量的变换遵循ABCD法则,通过成像系统后保持不变。     

激光加工中光束变换技术研究

激光光束形状和能量分布直接限定了激光加工的应用.为满足不同的激光加工要求,必须对激光光束进行光束变换.应用旋转棱镜和组合光学系统能够实现实心和环状光束之间的相互变换.从几何光学角度对旋转棱镜组合光学系统进行了理论分析和实验.通过调整正负旋转棱镜的间距d,荻取不同形状和能量分布的激光光束.实验结果表明,基于旋转棱镜组合光学系统的光束变换技术,有效地实现了多种形式的光束变换,提高了激光束的利用率,在激光k_T-领域中具有广泛的应用前景.     

太赫兹高斯光束整形环形光束

由于很多实际应用中需要光斑环形分布,因此太赫兹高斯光束整形环形光束的研究具有重要的理论和应用价值。文中利用GS算法设计相位板,将太赫兹波段的高斯光束整形为环形光束。讨论了刻蚀台阶数量对该波段相位板整形结果的影响。对不同传输距离进行了仿真计算,并在实验中将热释电相机PyrocamⅢ作为实验中的探测器对不同传输距离进行了实验。实验结果表明,实验结果与仿真计算结果接近。     

光折变晶体中共面多光束干涉研究

构用共面多光束干涉在光折变晶体中形成了对比度较大的一维、二维周期性晶格微结构。理论和实验对比研究了共面双光束和多光束在光折变晶体中会聚相干形成周期微结构的分布规律和影响因素。在相干理论的基础上,建立了具有普适性的共面多光束相干数学模型,数值模拟了n(n=1,2,3,4,5,6)束共面激光相干光场的光强分布规律。实验结果表明,干涉光场图案分布同数值模拟相吻合。实验中进一步讨论了相干系统各参数变化对干涉效果的影响,并通过全息记录在铁电铌酸锂晶体中构造出了同多光束干涉场光强分布对应的光子晶格微结构。     

直接输出高阶横模激光器的实验研究

从理论和实验上研究了从激光器直接输出高阶拉盖尔-高斯（LG）光束和高阶厄密-高斯（HG）光束。首先从理论上研究了高阶LG光束和高阶HG光束的光强分布特性,并进行数值仿真。在实验研究中,利用445 nm的蓝光半导体激光器端面泵浦Pr:YLF晶体,在一定的条件下,能从平凹腔直接输出640 nm波长高阶LG光束和高阶HG光束。实验结果表明:从激光腔内输出的高阶LG光束和高阶HG光束与理论仿真基本一致。文中所报道的获得高阶模的实验装置简单,对产生高阶光束及其应用具有较重要价值。     

高阶衍射级光束的轨道角动量北大核心CSCD

为研究高阶衍射级光束的轨道角动量,基于计算全息法在空间光调制器的傅里叶平面产生了不同衍射级的完美涡旋光束,并利用球面波干涉法对其拓扑荷值进行了测量。理论和实验结果表明不同衍射级p上的整数阶和分数阶完美涡旋光束的拓扑荷值l都满足l=mp的关系,其中m是相位掩模板的拓扑荷值。并进一步对不同衍射级的光学涡旋阵列进行了实验研究,结果表明光学涡旋阵列中光学涡旋的拓扑荷值满足l=p的关系,高阶衍射级上的衍射光束比+1级衍射光束具有更大的轨道角动量。该研究为光学涡旋及光学涡旋阵列进一步的研究及应用提供了理论和实验参考。     

一种新型的共轴叠加复合涡旋光束

利用束腰半径不同、拓扑电荷数不相等的两束拉盖 尔高斯涡旋光束共轴叠加,产生了一种新型的复合涡旋光束。研究了束腰半径大小对光束分 布的影响以及复合涡旋光束的空间传播特性。结果表明,通过 改变其中一束拉盖尔高斯涡旋光束的束腰半径可以控制复合涡旋光束的明暗花瓣与光束中心 间距离; 复合涡旋光束在空间传播过程中表现出衍射展宽和古伊旋转等特性。基于反射式空间光调制 器(SLM)的 光电实验验证了上述结果。本文研究对深入理解复合涡旋光束的形成、分布特征以及其空间 传播特性等提供了一定的理论和实验依据。     

全固态调Q激光器产生脉冲Bessel光束

使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,被动式通过轴棱锥产生Bessel光束.在激光谐振腔内加入Cr4+:YAG晶体调Q产生脉冲Bessel光束.理论模拟了1 064 nm波长光束经过轴棱锥之后的三维传播图和截面光强分布.通过实验得到了1 064 nm波长脉冲Bessel光束的脉冲宽度和脉冲重复率,并计算得到了单脉冲Bessel光束的能量和峰值功率.利用光束分析仪记录了1 064 nm波长Bessel光束的截面光强分布,并测量了中心光斑的直径,得到的数据与理论计算基本吻合.     

半导体激光器线阵光束扭转对称化的实验研究

利用双焦望远系统和扭转柱透镜系统实现了半导体激光器线阵(LD-bar)的扭转对称化，对称化后的光束在x和y两个方向的光束宽度、发散角和光束参量积接近相等，极大地改善了半导体激光器线阵光束的不对称性和像散特性，进行了以上变换的理论分析和实验研究。作为应用实例．用对称变换后的光束进行了抽运固体激光器的实验，激光器基模输出的效率比用不变换前的光束有明显提高。     

贝塞耳光束相干产生局域空心光束的实验研究

利用轴棱锥产生的两束贝塞耳光相干实现局域空心光束.基于"相干贝塞耳光产生具有塔尔博特效应的局域空心光束"的理论,数值模拟了两束贝塞耳光干涉后光场沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程.实验中通过两个不同底角的轴棱锥产生两束具有不同径向波矢的贝塞耳光进行相干形成局域空心光束,实验结果与理论分析及数值模拟相吻合.     

轴棱锥聚焦涡旋光束获得高阶贝塞尔光束

采用轴棱锥聚焦涡旋光束,获得了高阶贝塞尔(Bessel)光束.首先,从理论模拟了涡旋光束经过轴棱锥聚焦后所获得的聚焦光强分布,结果表明,涡旋光束经过轴棱锥聚焦后可获得高阶贝塞尔光束.并且所获得的高阶贝塞尔光束的阶数与涡旋光束的拓扑电荷数相司.进而,从实验获得高阶贝塞尔光束,并且采用不同锥角的轴棱锥对涡旋光束进行聚焦,研...