折反射式连续变倍扩束系统的设计

为了用同一台仪器获得不同口径的激光准直光束,设计了一个连续变倍激光扩束系统,系统扩束比可在55～155之间连续变化,可以得到比传统扩束系统更大的激光光斑,满足对大口径激光束应用的要求.该系统由两级扩束子系统构成,一级折射式无焦变倍扩束系统实现激光光束口径连续变化,变焦系统选用仅有4片透镜的三组元结构,并采用"正-负-正"的形式,有利于减小系统整体结构尺寸.考虑到可能产生的热形变,对入射光斑较小的变倍移动组的材料进行了分析选择.二级折反射系统实现激光束的高倍率扩束,由球面反射镜取代离轴抛物面镜,用一片弯月透镜补偿像差.由于单透镜折射元件对系统性能影响很大,对其结构形式和材料进行了分析,确定了透镜的厚度与材料.应用光学设计软件CODEV给出了系统的优化设计,设计结果显示该系统像差得到了很好地校正,成像质量达到衍射极限.最后用Light tools软件进行三维建模分析,系统准直度与理论设计值相符.     

一种新颖的超大点阵分束实现方法

首次提出了一种实现超大卢、阵光束分束的新方法，它是利用位相迭加原理和ＶＬＳＩ技术将光栅分束器和位相型菲涅耳微透镜列阵集成为一体，构成了一种新型的光束分束列阵器件—一菲涅耳计算机源生全息分来器（ＣＧＦＢＳ），以实现１２８×１２８，甚至更高卢、阵数的光点分束。     

基于非球面透镜组激光光束整形设计

本文针对激光显示领域激光光束光强均匀分布要求,本研究基于非球面透镜组激光光束进行整形设计。文中通过阐述激光光束光强均匀分布原理,着重论述了出射光束分布选择、线映射函数及球面参数确定3个非球面透镜组设计内容。在此基础上,选择匀化洛伦兹函数为输出光束的光强分布函数,展开实例设计分析,旨在基于该设计方法将入射光束准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束。     

改善高平均功率固体激光器光束质量的研究

本文首先概述了内含热透镜的激光谐振腔的分析方法，提出影响高平均功率固体激光器光束质量的主要因素是激光介质的热效应，尤其是非对称的热透镜象差。因此，改善光束质量的途径是补偿或修正透镜象差，使光束质量达到非相干多模振荡的理论值。     

飞秒激光并行光学存储系统设计及仿真

针对三维光存储串行写入方式存储速度慢、效率低的缺点,设计了一种飞秒激光并行存储光学系统.该系统以TI公司的数字微镜器件作为空间光调制器,对入射飞秒激光进行调制,并利用微透镜阵列对调制后光束进行分束聚焦,从而产生可控的多焦点阵列,实现可控性强、灵活性好的并行加工.本文利用ZEMAX和Matlab对DMD进行了仿真建模,并...     

多个非连接铅垂大平面的共面度测试技术研究

传统的测量方法很难实现由多个非连续铅垂平面形成大平面的平面度的检测。本文提出一种基于激光准直扫描原理和CCD技术的非接触检测方法,采用扩束系统和缩束系统改善激光光束的质量,在进行数据处理时采用“最佳匹配法”来评价大平面的共面性并建立数学模型,同时对仪器的精度进行了分析。通过实验验证,测得的共面度为0.041mm。     

激光扩束望远镜标准化光学设计

本文总结了望远镜系统对高斯光束扩展的具体规律。经对不同标准激光扩束望远镜系统具体特性分析,基于卡塞格林系统,对强脉冲激光扩束望远镜进行光学设计。结果表明,基于激光扩束原理设计的扩束望远镜系统,不仅在目标距离处的光斑大小具有一定的可调性,且设计优化结果满足准直性要求。     

高能激光光束质量评价参数适用性探讨

光束质量是决定高能激光系统综合性能的重要指标,针对不同应用目的,国内外研究人员提出了多种参数来评价激光的光束质量。本文对常用的光束质量评价参数在评价高能激光光束质量时存在的局限性进行了分析,重点介绍了光束传输因子BPF,对其在高能激光领域中的适用性进行了探讨,该参数的评价只需探测高能激光的功率即可,测量过程简单可行,最后对BPF测量不确定来源进行了定性分析。     

重叠体光栅相干组束的耦合波分析

目前基于重叠体光栅的相干组束系统还没有完整的理论模型和参数分析,针对这个问题,本文采用耦合波理论,建立了比较完整的基于重叠体光栅的双光束组束模型,给出了各光束在重叠体光栅内传播的解析解.模型表明,基于重叠体光栅的双光束组束系统其输出光强受两入射光的振幅和位相、体光栅间的相移和折射率调制振幅、光栅厚度,失谐量等多个光学参数的影响.通过数值计算,详细分析了各光学参数对组束结果的影响.最后总结了设计高效重叠体光栅相干组束系统时必须遵循的条件,如必须对光栅厚度进行优化、各光栅的折射率调制振幅必须相同,保证失谐量足够小等.     

高均匀长工作深度激光整形系统设计

高功率固体激光器对入射的泵浦光具有严格的均匀性和工作深度要求。本文通过将微透镜阵列与长焦深菲涅尔透镜结合,对半导体激光器阵列光束进行整形,获得在长工作深度范围内的均匀光斑。本文针对dilas E15Y-808.3-1260C半导体激光器阵列设计了目标光斑大小为4 mm×4 mm的三维激光整形系统。仿真结果表明,该光束整形系统与传统的多通道光束积分整形系统相比,在光斑尺寸与均匀性保持不变的情况下,工作深度增加了2倍。     

轴向载荷作用下无限长连续梁振动研究

研究了轴向静载荷作用下无限长等间距支承梁的横向振动问题。通过所建立的理论模型，分析了不同轴向载荷包括拉压对梁振动特性的影响，着重讨论了共振频率和对应幅值的变化规律；模型中，振动激励载荷为一作用于梁中的正弦变化的集中横向力，并考虑了梁横向变形阻尼系数、应变阻尼系数以及支承刚度对梁振动特性影响等因素。     

激光内通道传输气体热效应对光束质量的影响

针对内通道中的稳态热晕效应与气体的吸收系数,光束与气体的作用长度及光束自身强度分布的关系,从稳态条件下的热传导方程入手,建立了一套激光在内通道传输时气体热效应对光束质量影响的模型.利用该模型计算了环形光束在内通道传输时,光束横截面上的气体温度分布及其引起的最大光程差、波前相位均方根、远场Strehl 比等光束质量参数与激光自身遮拦比、轴向气体速度的关系.模型中对气体温度分布的近似计算与理论的结果基本一致.该模型能够为激光控制系统的设计和性能评估提供一个定性的参考.     

高功率微波源用电子收集极材料:强流高能电子束轰击下的物理效应及对材料性能的要求

高功率微波源用收集极用于接收束波耦合作用后的强流电子束,是影响高功率微波源稳定性和寿命的关键部件。收集极在强流电子束的轰击下会产生二次电子、背散射电子、韧致辐射等物理效应,将引起微波品质的降低。电子束的能量沉积在收集极上会产生显著的温升效应,从而导致收集极效能下降甚至结构失效,同时材料在强流电子束的轰击下会发生蒸发而污染腔室,降低系统绝缘性。在讨论分析强流电子束轰击材料所产生的物理效应机制及其影响因素的基础上,分析了高功率微波源用收集极材料的性能要求。     

微透镜面形误差影响LD光束准直的研究

采用求解几何光学点列图的办法,针对半导体激光器准直微透镜各种不同的面形误差,用实例分析计算了它们对LD光束准直的影响,从结果可看出中部出现微小偏差的微透镜对LD光束准直效果优于具有其他类型偏差的微透镜,并针对具体情况给微透镜阵列的制作提供参考。     

Beam quality test technology and devices of electron beam welding

The electron beam four-dimensional quality test system was developed targeted at the 5-100 mA electron beam current of a high-voltage electron beam welding machine. The system includes the control module, sensor module, driver module, and analysis software, which is based on the complex programmable logic device (CPLD). The quality test system obtains the data of quasi-instantaneous power density distribution (QIPDD) of the electron beam by controlling the beam periodically, scanning the surface of a Faraday cup. Fixing the Faraday cup at an X- and Y-axis coordinate position under constant conditions, the three-dimensional graphic of QIPDD of the beam about the data of a single cross-section was showed by using computer reconstruction technology. Several QIPDD of the electron beam cross-section at different working distance in axial direction reconstructed the four-dimensional graphics of the beam.     

TC4钛合金电子束沉积修复工艺研究

目的 研究TC4钛合金电子束沉积修复工艺对修复试样成形形貌的影响。方法 主要对电子束流、送丝速度和成形速度3种工艺参数进行研究,观察其宏观形貌,从而归纳出工艺参数对电子束沉积修复钛合金TC4的影响规律。结果 在一定范围内,电子束流较小时,母材与修复区熔合不良,产生“V”型孔洞缺陷;随着电子束流增大,热影响区也随之增大。送丝速度主要影响试样的外观成形,较快或较慢的送丝速度都会使修复试样表面成形不良。成形速度较小时,成形表面有密集的鱼鳞纹,修复试样余高较低;成形速度增大时,热影响区随之减小,同时会产生孔洞缺陷。结论 不同的电子束流、送丝速度、成形速度都会对TC4钛合金电子束沉积修复形貌产生重要影响,需要合理的控制工艺参数。     

用Hartmann－Shack传感器测量激光束的波前相位

Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器已经用于自适应光学系统。它可以同时探测出一束光的振幅和相位信息。通过一个位置传感器，比如ＣＣＤ，它就可以成为一种对光学系统和光束的静态和动态质量诊断的有力工具。从Ｈ－Ｓ波前传感器的输出（波前斜率和近场强度分布），就可以推算出远场特点，如ＰＳＦ和ＯＴＦ。本文将介绍波前重构的理论分析和远场特征评估。同时也给出了光束质量的静态和动态的测量结果。     

Modeling Angle Beam Ultrasonic Testing Using Multi-Gaussian Beams

This paper proposes a new approach to modeling angle beam ultrasonic testing that can predict pulse-echo signals, in an absolute and computationally efficient manner, from various reflectors in steel welded joints. This approach relies on a model of the entire ultrasonic measurement process, a model which requires one to solve three subsidiary problems; 1) determination of a system efficiency factor, 2) evaluation of the ultrasonic beam field around the flaw, and 3) calculation of the scattering from the reflector. Here, solutions are offered for each of those three subsidiary problems. To solve the first problem we employ the specular reflection from the cylindrical part of a STB-A1 (Standard Test Block in compliance with Japanese Industrial Standards Z 2347) (equivalently IIW (International Institute of Welding) type 1) standard block to determine the system efficiency factor. To solve the second problem, we calculate the ultrasonic wave field at the flaw with a highly efficient multi-Gaussian beam model. For the third problem, we treat the scattering from a reflector by high frequency approximations. We explicitly give the solutions to all three of these subsidiary problems for counter bore, crack, and side-drilled hole reflectors. Experimental results that validate this approach are also given.     

Ultrasonic Beam Models for Angle Beam Surface Wave Transducers

ABSTRACT

Explicit three-dimensional (3D) point source and multi-Gaussian beam models are obtained for the Rayleigh waves generated by a surface wave angle beam transducer using an angular plane wave spectrum approach. Simulations show that the multi-Gaussian surface wave beam model agrees well with the point source model while being computationally more efficient. The theoretical predictions obtained with the models are also compared to the experimental measurement results where good agreement with the models is found for both on-axis and off-axis field comparisons.