自适应控制飞行光束聚焦特性

推导了用瑞利长度表示的TEMmn高斯光束成像变换ABCD定律,得到了飞行光束的聚焦特性.提出了应用自适应飞行光束聚焦系统来解决飞行光束聚焦特性的问题,详细分析了光束质量、聚焦焦斑、聚焦镜焦距、实际焦距与几何焦距之差的变化对自适应"飞行光束"聚焦系统调节性能的影响,实现了对焦点位置与焦斑大小的控制.(OG22)     

平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性研究

为了研究平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性,从柯林斯衍射积分公式出发,推导出场强分布的解析式.以伽利略式和开普勒式这两种常见的扩束系统为例,对平顶高斯光束扩束后在接收面的光强分布进行数值计算及分析.结果表明,平顶高斯光束通过同等倍数但不同形式的扩束系统的传输特性不同,且对于不同焦距的扩束系统,其传输特性也有比较明显的差...     

自适应变形镜激光应用技术

自适应变形镜技术在激光加工、激光发射和远距离输出、聚焦系统等方面的应用正日益受到重视，不断发展。它是激光光束质量和聚焦特性自适应控制的关键技术。本文着重论述高功率强激光加工中自适应变形镜技术及其对“飞行光学”聚焦特性控制的新技术。     

应用于高能激光系统的发射聚焦装置研究

为了满足当前高能激光系统的工程应用需求,设计了针对高能激光聚焦的发射聚焦装置。首先选取了折反式二级扩束光学系统作为设计模型,然后利用光学设计软件序列模式对光学系统进行了设计优化,获得了平面波光束在不同距离聚焦的设计结果。其次由于平面波光束和高斯光束在调焦量上存在差异,通过矩阵光学理论计算了针对高斯光束聚焦的调焦修正量,并利用光学设计软件非序列模式重构光学系统,并以非相干空间合束的高斯光束作为入射光,进行了高能激光的传输聚焦仿真验证。在系统参数一致的条件下,与常规的离轴反射式光学系统进行对比。对比结果证实了本文设计的光学系统光学性能优良,可满足对入射高能激光在0.5~5 km范围内聚焦,最后开展的样机实验也验证了设计的正确性和合理性。     

利用衍射理论对基模高斯光束进行整形

为了获得在液晶修复技术中所需要的光束质量好、能量分布比较均匀的矩形光束,提出了一种新的光束整形系统.在这个系统中,通过对光阑后不同位置衍射效应的理论分析和计算,获得相应的衍射光斑图样,再利用4f像传递系统对理想的光斑图样进行提取和传递,经过扩束聚焦之后,用于加工样品,并设计了相应的实验装置来验证这种系统的可行性.研究结...     

AGSM光束的聚焦

基于有扭曲的各向异性高斯-谢尔模型(AGSM)光束二阶矩矩阵的传输公式,研究了AGSM光束通过透镜的聚焦。作了详细的数值计算,说明聚焦AGSM光束的传输特性,包括光束参数和横向光强的变化,特别是扭曲项和空间相关长度对聚焦特性的影响。     

Pearcey光束的形成及其聚焦特性

设计一种简单的光学元件抛物缝孔径获得Pearcey光束,基于空间域中的广义惠更斯-菲涅耳衍射积分,导出该系统的Pearcey光束表达式。数值模拟和实验验证了Pearcey光束的产生。同时研究了Pearcey光束的自聚焦特性,讨论了抛物缝孔径焦准距对聚焦光斑的影响。实验所得自聚焦光斑大小与数值模拟相符,研究结果对Pearcey光束用于光学囚禁提供理论和实验依据。     

提高半导体激光二极管功率密度的光束整形方法

针对半导体激光二极管由束散角大（14~46）导致的激光功率密度在传播过程中不断衰减的问题,提出了一种提高激光功率密度的光束整形方法。首先以X型柱面平凸透镜和Y型柱面平凸透镜对激光二极管输出光束慢轴和快轴方向进行准直,然后通过一对平凸透镜组合进行扩束,进一步提高光束平行度,最后由单片平凸透镜将光束聚焦为高功率密度的光点。采用Light Tools软件仿真光路、优化光学元件参数,对光学元件进行实际选型后安装并调试光束整形系统。测试结果表明:半导体激光二极管输出光束的67%激光能量汇聚于直径1 mm圆内,激光功率密度优于30 W/cm2。     

涡旋光束经过轴棱锥后的聚焦特性

研究了涡旋光束通过轴棱锥聚焦后的聚焦特性。利用惠更斯-菲涅耳衍射积分理论推导了涡旋光束经过轴棱锥聚焦后所获得的聚焦光强分布。数值模拟结果表明,涡旋光束经过轴棱锥聚焦后可获得高阶贝塞尔光束。研究了不同锥角的轴棱锥对涡旋光束聚焦特性的影响以及不同拓扑电荷数对聚焦特性的影响。结果表明,在轴棱锥对应的最大准直距离内,所获得的高阶贝塞尔光束保持了原有的无衍射特性。     

风控热晕下椭圆激光光束质量的优化研究

实际高能激光器(如半导体激光器、光谱合束系统)出射的激光存在椭圆分布的现象。高能激光在大气中传输时会遭遇非线性热晕效应,大气热晕效应对椭圆高斯光束传输特性的影响还未见报道。用解析和数值模拟方法研究了风控热晕下椭圆激光光束质量的优化问题,推导出了热畸变扭曲参数的解析公式,并证明了其正确性。研究表明：由于椭圆光束像散特性,大气热晕效应对其传输特性的影响与风向密切相关。当源平面处迎风方向的束宽越大(光斑面积相等)时,聚焦椭圆高斯光束受热晕效应的影响越弱,靶面光斑对称性越好,能量集中度越高,即靶面光束质量越好。因此,在实际工作中,聚焦椭圆高斯光束的短轴沿着大气的总体风向更有利于减弱热晕效应。并且,聚焦椭圆高斯光束达到稳态热晕的时间与源平面处沿风方向的束宽成正比。研究结论对高能激光大气传输的应用具有理论指导意义。     

扩束系统在激光加工系统中的重要作用

介绍了扩束系统的结构,从理论上计算了扩束系统对激光光束质量的影响,并对其进行了分析和讨论.     

激光打标机聚焦性能的优化设计

一般动态聚焦打标机在聚焦镜前加一套准直扩束系统,随扫描振镜的转动,同步调整准直扩束系统的位置,使激光束始终聚焦在打标平面上。但对更大幅面,聚焦效果不够理想,边缘部分比较模糊。为了适应更大幅面的打标,在原准直扩束系统的基础上,设计了动态准直扩束系统,通过优化设计准直扩束系统的运动轨迹,进一步提高了聚焦性能。经优化后的聚焦指标性能提高了20%,实现了小光斑、大范围的激光打标。同时利用多项式对扩束镜的轨迹进行拟合,提高打标速度,并利用分段线性插值查找表的方法对边缘部分的枕形失真进行校正。经装机测试,该系统打标效果好,能满足使用要求。     

离轴二反激光扩束系统的设计和数学建模

描述了一种离轴二反式激光扩束系统的数学建模方法。该方法可以在输入少数特定参数的情况下,解算出整个扩束系统主工作面的各项参数。在MATLAB、EXCEL等具有计算功能软件的辅助下,可以较方便地得到整个扩束系统工作面的初始结构。而且该方法还可以直接判断出初始结构是否符合系统装调需求。具有方法简便、计算快捷等特点。     

非球面变焦扩束系统的设计

文章讨论了如何将二次旋转非球面透镜引入变焦扩束系统设计中,并给出了一个采用非球面透镜的变焦扩束系统的设计方案和参数。这个扩束系统的扩束比可在2．3－18之间连续改变,最大角差小于03mard。与采用球面透镜的扩束系统相比,非球面透镜的采用不仅可以简化系统的结构,而且可以取得更大的变焦范围,并使输出光束的质量有较大提高。     

伽里略非球面透镜扩束器

在激光系统中，伽里略球面透镜扩束器已得到广泛地应用，但是，它有许我乐足之处。本文中，研究了伽里略非球面透镜扩束器，给出了伽里略非球面透镜扩束器光学系统设计的方法和设计结果。我们得出的结论是：伽里略非球面秀镜扩束器比伽里略球面透镜扩束器好。     

非球面反射型扩束器的研究

非球面反射型扩束器由于其独特的优点得到了广泛的应用.本文分析了两种最常用形式的结构和像差特点,提出了一种利用两个不同锥体反射镜的组合实现光束转换的办法,从而消除了系统由于中心遮拦而带来的能量损失.文章还对各种非球面反射型扩束器和折射型扩束器的特点进行了比较.     

1.064μm测风激光雷达扩束系统的设计

根据三级像差理论,提出了单片物镜与单片目镜的像差共轭的扩束器设计方法,设计了带有非球面的两片式扩束系统,从设计的结果看出,整个系统的像差被很好地校正.为解决1.064 μm不可见波长扩束系统发散角测试问题,提出了利用线列CCD和示波器结合检验光束发散角的方法,此检验方法简便,容易实现,检测精度高.     

大口径哈特曼扩束系统的设计和研制

论述了用于哈特曼波前探测系统的透射式光学扩束器的研制.以三级像差理论为基础,分析了传统扩束器没能很好校正轴外像差的原因,在推导计算出初始结构参数后,通过ZEMAX光学设计软件,设计出轴上和轴外像差都得到很好校正的、大口径、大相对孔径、视场可增大的新型扩束器.并根据此哈特曼扩束系统的实际使用要求,考虑支撑受力与热变形等因素,为光学元件配以相应的结构设计,给出了具体的设计实例.介绍了加工过程与调整方法,提供了检验方式.最终验收得到波前PV值为λ/4.     

窄线宽准分子激光腔内棱镜扩束器的优化设计

棱镜扩束器(PBE)广泛用在准分子激光腔内光谱压窄系统中,可以有效降低光束发散角和系统内能量密度。为了实现窄线宽激光输出并降低腔内损耗,需要对棱镜扩束器的棱镜个数、单棱镜扩束倍数和棱镜顶角进行优化设计。根据棱镜扩束倍数的理论,数值分析了入射角、顶角和出射角对棱镜扩束倍数的影响,并在实验上很好地验证了扩束倍数与入射角的关系。此外,推导了激光器线宽压窄系统实现一定激光线宽输出所需的总棱镜扩束倍数。优化设计了扩束倍数M为13.3的氟化钙消色散棱镜扩束器,在此基础上,实现了0.915pm的窄线宽ArF激光输出,实验结果与理论设计吻合。