高功率径向偏振光束的产生

1　引言现代的气体激光辐射具有均一的偏振 ,即激光束横截面上的椭圆参量是个常数。正如惯例 ,决定平面偏振方向的元件置于激光腔内。这可以是布鲁斯特窗 (在低功率激光器中 )或一块或几块折迭反射镜 (在高功率激光器中 )。在激光腔中具有非均一偏振模 ,应用中最感兴趣的是径向偏振和角向偏振模。在如全息学、干涉学、光谱学、光子化学和加速器等应用中 ,常常希望使用具有轴向对称参量(包括偏振参量 )的激光束。特别是径向偏振激光束 ,对激光切割金属可能有用 ,这时要求加工表面有最大的辐射吸收。角向偏振光束在通过圆形中空金属波导时损失…     

全固态皮秒径向偏振激光器及其加工特性

在自主研制的全固态皮秒激光器基础上,腔外加入偏振转换元件输出皮秒径向偏振激光,并对其进行侧泵Nd:YAG晶体放大,最终得到中心波长1 064 nm、平均功率1.95 W、重复频率1 kHz、峰值功率1.77108 W、光束质量2.95以及纯度92%的皮秒径向偏振激光器。用该激光器对0.5 mm厚不锈钢材料进行钻孔和刻槽实验,并与同等加工工艺参数条件下皮秒线偏振激光器钻孔圆度和刻槽深度进行对比,分析两种激光器对加工效果的影响。实验结果表明,相比皮秒线偏振激光,利用皮秒径向偏振激光进行加工,钻孔圆度更好、刻槽深度更深且槽侧壁更为平坦。该结果为皮秒径向偏振激光器在材料加工领域的应用提供参考。     

径向偏振激光反射腔镜的研究

近年来,径向偏振光因为其特殊的偏振特性而受到广泛的关注。本文以耦合波理论中的T矩阵算法为基础,用Matlab语言编制了能够计算多层复合结构光栅的程序算法,并用此程序算法对多层光栅模型进行了理论模拟。综合模拟结果,设计出光栅周期为1000 nm、槽深为70 nm、占空比为0.5和Ti2O5/SiO2交替镀膜35层数的径向偏振反射腔镜,并通过微纳加工工艺制备出光栅反射腔镜样品,将其应用于自行搭建的Nd∶YAG激光器系统中,获得了输出功率12.6 W,偏振纯度为96%的径向偏振光。     

对基于时空干涉的空间整形的畸变与光强校正

时空干涉的飞秒激光空间整形技术是一种新型图形化激光加工方法,相比传统技术更加简单灵活并有更高的效率.然而此技术中的缩束系统造成的成像畸变严重影响了加工的准确性.本文模拟并分析了该系统中的畸变现象,利用空间光调制器的相位全息图补偿畸变引起的空间光场的位置变化和光强分布不均.此方法可使曝光处干涉图案的最大偏移量由10.66...     

径向偏振光纯度检测及偏振态分布特性评价

光束横截面内偏振态分布均匀性是影响径向偏振光光束质量及其实际应用的关键因素。通过PBS测量法、狭缝法和S波片法三种方法对径向偏振光偏振纯度进行测量和对比,分析了径向偏振光偏振态在横截面内分布均匀性。在PBS测量法和狭缝法测量径向偏振光过程中,给出了径向偏振光纯度表达式,分别测得径向偏振光纯度为93.4%和84.1%,并引入方差公式评价径向偏振光偏振态分布均匀特性。其中PBS测量法表达径向偏振光纯度更为准确,狭缝法可以通过比较不同区域偏振度更精确地反映径向偏振光偏振态分布特性。S波片法可以使用市场现有偏振分析仪间接测量径向偏振光纯度,更适应于测量径向偏振光在放大过程中偏振态变化情况。     

偏振参数对高能电子运动及辐射特性的影响

为了探究超强激光偏振参数的梯度变化对场内高能电子运动及辐射特性的影响, 首先以电磁学基本方程为基础, 推导并建立了初始动量为0的相对论性单电子加速模型, 其次编写无近似的数值模拟仿真程序进行迭代计算与理论分析, 取得了不同偏振参数的超强激光作用下单电子的运动以及空间辐射可视化数据。结果表明, 随着偏振参数δ由0到1逐渐增大, 电子的运动轨迹由2维平面振荡逐渐过渡为3维螺旋状前进, 绕旋幅度逐渐增大且轨迹投影逐渐趋向于正圆; 电子的功率辐射空间分布也从平面线性逐渐变为3维涡旋状, 由上下针状分叉逐渐变为平滑连接, 总体变化趋势可按形态划分为δ=0, δ∈(0, 0.6], δ∈(0.6, 0.99]以及δ=1共4个阶段。该结果为高能电子辐射研究提供了多视角的理论及数值依据, 对实际应用中精确探测超强激光各项参数是有帮助的。     

应用频率积分相位解调测量径向畸变

为了测量光学成像系统的径向畸变,采用载频条纹模板,应用瞬时频率积分法提取因径向畸变而产生的径向调制相位;推导了条纹径向调制相位与瞬时频率的关系式,并导出径向调制相位和径向畸变位移关系;采用小波频率估计提取畸变条纹径向瞬时频率,并对其进行积分获得畸变条纹的径向调制相位;应用径向调制相位和立方卷积插值算法对畸变图像进行了校正,得出了详细的理论分析和实验结果。结果表明,上述方法是可行的。     

径向偏振相干光束阵列的深聚焦

调整相干光束阵列中单元光束的线偏振方向可以得到近似的径向偏振光,但其特性与理想的径向偏振光存在差异。基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论,利用数值方法对径向偏振相干光束阵列的深聚焦场进行了分析。研究了实际应用中较为关注的主要参数,即焦面上轴向偏振场及总场主瓣宽度、轴向偏振场的纯净度及产生效率。结果表明,与理想径向偏振光不同,径向偏振相干光束阵列的深聚焦场在焦面上会出现角向偏振分量。采用单环排布并使光束紧贴透镜瞳面边缘,可以产生质量更好的轴向偏振场。对于单环排布阵列,增多光束数目对轴向偏振场及总场主瓣宽度、轴向偏振场的纯度影响不大,但可以提高轴向偏振场的生成效率。     

一种具有径向畸变校正的图像整合算法

本文讨论了基于圆序列的具有径向畸变校正的整合图像问题.由于相机旋转拍摄图片,可避免光源变化、遮挡和特征变化等出现在一般匹配中的问题,因此容易自动生成匹配点.本文主要结果为:(1)首次将径向畸变校对方法引入到图像整合问题;(2)给出优化计算投影变换和径向畸变校正参数的目标函数并推导出目标函数线性化公式;(3)用非线性优化技术对投影变换和径向畸变校正参数同时迭代优化求解.     

径向偏振光束经三角形点阵列板衍射的偏振奇点

根据夫琅禾费衍射积分公式推导出径向偏振光束通过三角形点阵列板(TMP)衍射后的传输表达式,通过理论计算模拟并进行实验验证,得到衍射场光强分布图,衍射场光强成周期性排列。并用复Stokes场来分析径向偏振光束衍射场偏振奇点的变化规律。结果表明,衍射场的光强分布随着三角形点阵列板N值的改变而改变,偏振奇点的数目随着三角形点阵列板的N值的增大而增多。另外,光束参数(波长和光束束宽)、传输距离和三角形点阵列板的参数(三角板边长)均对偏振奇点的位置产生影响。改变三角形点阵列板的N值,伴随有偏振奇点的产生和湮灭现象。     

偏振态脉冲激光辐射的微孔加工

文中讨论了偏振态脉冲激光辐射微孔加工的一些实验。首次发现了偏振态激光打孔具有的独特优势一良好圆度、边缘光洁整体和较高的重复性;分析了其原因,同时对偏振态脉冲激光辐射影响微孔质量（孔形、孔深、锥度、人口孔径）的一些因素,如泵浦能量、光阑的选择及其大小,光学系统的焦距等也作了较为详细的研究和测试,得到了具有参考价值的结果。     

偏振探测系统的摄像机标定与图像畸变校正研究

偏振探测在许多相关领域的应用日益广泛,探测系统的标定及校准是精确提取被探目标的前提.本文针对偏振探测系统,分析了基于2D平面标靶的摄像机标定算法,建立了摄像机线性模型和非线性畸变模型,通过线性及非线性结合的算法,得到了精确的摄像机内外部参数.利用镜头的畸变模型,提出了一种采用牛顿迭代算法来求解高阶非线性方程组对图像畸变校正的方法,建立了各像素点畸变量与到畸变中心距离的关系,最后对畸变校正前后的图像进行了测试实验,测试结果表明:测试点实际畸变大小符合理论畸变量关系,很好地验证了镜头的径向畸变特性;经畸变校正后的偏振图像能有效提高被探目标提取的准确率,偏振图像的畸变校正对复杂背景下目标提取准确率的影响最明显.     

水云多角度偏振辐射特性研究

由球形水滴组成并分布在大气底层的水云,对全球辐射平衡和气候变化有重要的影响,其影响程度取决于水云本身的微物理特性和光学特性.在对近红外通道0.865μm波长处水云光学特性研究的基础上,采用矢量辐射传输方程模拟分析了大气层顶归一化辐射强度和归一化偏振辐射强度对水云微物理特征、光学特征和地表反照率的敏感性.模拟结果表明,光谱的多角度偏振遥感信息能够更有效地体现出水云微物理特征和光学特征,可以利用多角度偏振遥感信息反演各种云参数.为利用多角度偏振遥感数据反演水云各种微物理量提供了理论基础.     

基于畸变校正的高光谱偏振图像配准方法

提出基于畸变校正的高光谱偏振图像配准方法,分析高光谱偏振图像成像特点构建畸变校正模型,依据高光谱偏振图像成像规律运算畸变校正模型,获取初始畸变系数,采用优化目标函数计算初始畸变系数得到最优畸变系数,采用该系数畸变校正不同偏振方向的高光谱图像;为提升畸变校正图像质量,采用后向插值算法-立方卷积插值方法灰度重建畸变校正高光谱偏振图像,在相同波段的重建高光谱偏振图像中选取0°、60°和120°偏振方向的图像,将60°偏振方向的图像作为基准图像,剩余方向的图像作为待配准图像,采用SURF算法实现高光谱偏振图像的图像配准。经过实验分析发现,该方法畸变校正后高光谱偏振图像径向畸变误差均方根最小值是0.438 652个像素,基准图像和配准图像SSD最低数值分别是151.26和157.62,说明该方法畸变校正效果优、配准精度较高。     

径向偏振光的产生方法及应用

径向偏振光与传统的均匀偏振光相比,其偏振态具有完美的轴对称特性,而且其光强在中心轴上始终为中空的分布。对近年来国内外学者对径向偏振光的研究现状进行了综述,简要介绍了径向偏振光的电场特性、产生方法及其应用。通过分析总结认为,采用衍射光栅反射镜是产生高功率和高质量径向偏振激光的新的发展趋势之一。     

基于热致双焦点选模的径向、切向偏振激光器

侧抽运Nd∶YAG棒对径向偏振光和切向偏振光具有不同的热焦距,利用He-Ne激光器输出的线偏振光和旋转狭缝测量Nd∶YAG棒的径向、切向热焦距,设计谐振腔使得只有一种偏振光能低损耗稳定振荡。在440 W抽运功率下,获得31.7 W径向偏振激光,光束质量因子M2约为2.5,调整腔长后,在470 W抽运功率下,获得30.2 W切向偏振激光,光束质量因子M2约为2.8。实验结果表明,利用热致双焦点选模可以获得较大功率的径向、切向偏振激光输出,但激光器对抽运功率敏感。     

海洋上空云多角度偏振辐射阈值检测方法研究

云是海洋遥感的一项重要研究内容,云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要意义.以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)在轨成像数据为研究对象,提出了一种基于多角度偏振辐射信息的海洋上空云检测方法.首先用耀光角判别法区分...     

土壤热红外辐射及其偏振辐射特性影响因素分析

针对目前地面目标热红外通道辐射特性及其偏振辐射特性的遥感探测需求,将五大典型地面目标之一——土壤作为研究对象,并利用地物热红外多角度偏振遥感测量平台及仪器获取了不同因素影响下的土壤热红外多角度热辐射与偏振辐射数据.分别从探测角、方位角、波段、偏振角和土壤类型五个方面研究了土壤的热辐射特性及其偏振辐射特性.结果 表明,当...     

有源光纤发射径向偏振光

径向偏振光束比线偏振和圆偏振具有更好的聚焦性能，以前一直用气体和固体激光获得。而此类光源因为环形模式、高斯抽运区和热像差重叠较小不适合大功率场合。最近，中国和日本研究者采用新方法首次利用有源光纤获得了径向偏振光束。掺杂稀土的光纤无论抽运还是环形模式都有很大优势，而且热像差很小可以忽略。     

部分相干径向偏振涡旋光焦场轨道角动量特性

将部分相干径向偏振涡旋光束的轨道角动量应用于焦场目标探测,根据部分相干及Richards-Wolf矢量衍射积分理论,推导了光束焦场目标平面处的光场分布,讨论了焦平面处的轨道角动量密度分布特性,分析了入射光束的相干长度和聚焦透镜的数值孔径对纵向分量轨道角动量密度分布和轨道角动量的影响。结果表明,随着相干长度的增大,轨道角动量和轨道角动量密度迅速变大,当增大至0.5 cm后,轨道角动量和轨道角动量密度的变化趋于平缓,此后,相干长度的变化不再影响轨道角动量和轨道角动量密度分布。随着数值孔径的增大,轨道角动量和轨道角动量密度始终表现出增长的变化趋势,并且,变化程度在数值孔径大于0.7后越来越大。