高功率半导体激光堆栈双波长合束及聚焦系统

针对两种波长的直接高功率半导体激光堆栈,为适应半导体激光在材料加工方面的需求,设计一种双波长合束及长焦距光学系统。首先,利用快慢轴准直镜对两种波长的激光堆栈进行初步准直,然后,用双波长合束镜将其合束。进而,利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进一步扩束准直,最终,用快慢轴聚焦镜实现同步聚焦。利用光参数积原理对聚焦系统进行理论分析,并根据瑞利长度公式计算出焦深。用ZEMAX软件对整个光路进行光线追迹,得出模拟结果。根据理论分析和软件模拟,开展相应实验。经合束和聚焦,实现焦距300 mm,焦点尺寸2.0 mm4.0 mm的聚焦光斑,输出功率5 000 W,功率密度达104瓦级。最后讨论该系统影响因素。聚焦光斑可用于激光熔覆,表面处理等工艺。     

激光准直扩束光学系统研究

结合高斯光束的传播特性,本文提出了一种激光准直扩束光学系统设计参致的确定方法,并给出了自校整空间位移测量仪中准直扩束系统的设计结果.     

基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。     

基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测研究

为了优化激光焊接质量,设计了基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测方法。首先利用机器视觉技术设计扫描成像单元,在获得基础的激光焊接焊缝图像后,对图像实施离焦误差校正处理。然后在补偿图像缺陷的基础上,对激光焊接焊缝图像作放大处理,设计扩束准直光路与动态聚焦光路识别焊缝特征信息,从而完成对焊缝的智能检测。实验结果表明：该方法可以能够获得更有效的焊缝信息,有利于提高激光焊接质量。     

基于飞秒激光成丝的大幅面激光打标方法

为了解决激光打标系统中聚焦透镜焦深短等原因导致的系统打标范围小等问题,提出了一种基于飞秒激光成丝效应进行大幅面激光打标的方法,系统地分析了打标范围和分辨率。实验结果表明:飞秒激光成丝可以有效地增大焦深,实现大幅面平面样品的打标以及曲面样品的打标,并在打标系统的有效工作范围内,使分辨率均匀性得到了提高。     

双光子聚合加工的光路模拟

为了研究双光子聚合加工光路系统对聚合效果的影响,使用ZEMAX软件对光路系统的3个主要部分,即扩束镜、扫描振镜和聚焦透镜分别进行了设计,然后将3个部分结合到一起,从整体上模拟了整个光路系统,并且在光路中放置探测器来监控激光光束的变化情况。从模拟结果中可以直观清晰地观察到激光光束的能量分布在光路中的变化情况,主要分析了扩束镜对最终聚焦效果的影响。结果表明,扩束倍数越大,扩束镜越靠近光源,聚焦后焦点处的能量越高。该模拟结果也为实际实验系统的搭建提供了依据。     

激光跟踪瞄准系统的扩束系统设计

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求,设计了一个倍率18的激光扩束系统,系统地介绍了设计方法.按照高斯光束的透镜变换理论,计算了该扩束系统的正确离焦量,分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响,指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感,预测了精密调焦机构要注意的问题.     

一种变倍扩束镜的设计

通常应用在激光光学系统中的准直扩束系统的扩束比是固定的,但有时需要激光光学系统的出射光束是变化的.基于高斯光学理论,分析了无焦连续变倍准直扩束系统的原理,实现了无焦连续变倍准直扩束系统的设计,并得到了验证.     

一种新型薄型非金属材料群孔加工系统的研究

介绍一种新型的薄型非金属材料群孔的加工系统。这种加工系统实现了群孔的孔径可调 ,孔距可调以及孔的布局排列可调 ,可进行在线动态制孔。该系统采用CO2 激光器和高速振镜作为系统的核心器件。为了实现宽幅面 ,高速制孔 ,采用了高速振镜制孔的光路形式。制孔单元由激光器、光学扩束、振镜和聚焦系统构成。制孔方式方面采用以精密测速单元为核心的位移跟随技术 ,实现在线动态制孔。主控制的硬件系统由工控机及脉冲、数据、D/A转换等接口单元组成 ,并采用配套的控制软件进行制孔控制及校正。同时配备有恒温、水冷系统、排烟系统和安全保障措施等一系列的辅助设计。     

舰载武器系统激光对瞄方法研究

为了解决目前舰载武器激光对瞄系统存在对瞄成像光斑尺寸较小,以及在动态场景情况下该成像光斑极易偏离出观测视场等缺陷,采用渐变折射率平板波导对成像激光进行1维扩束,激光束在与传播方向垂直平面内的一个方向上进行很好的扩束,而在另一个方向上基本不影响原有光束的传输性能。对改进后的系统进行模拟实验。结果表明,扩束光线具备了较好的对瞄观测效果。     

激光扩束望远镜的光学设计

介绍激光扩束原理,阐述望远镜系统扩展高斯光束的规律。通过分析不同激光扩束望远镜系统的特性,选用卡塞格林系统来实现强脉冲激光发射系统的设计要求,设计结果不仅满足准直性要求,并且在目标距离处的光斑大小具有一定的可调节性。     

基于APD阵列的闪光雷达光学系统设计

基于雪崩光电二极管(APD)阵列的闪光雷达是一种非扫描3D成像激光雷达,为实现APD阵列非扫描成像,设计了一套正交光栅衍射分光光学系统。利用伽利略望远镜对532nm脉冲激光进行准直扩束;针对APD阵列的特点,使用二维正交光栅和聚焦透镜对扩束光进行衍射分光,光斑经发射-接收分光镜和发射透镜后照明APD像元的瞬时视场;利用发射-接收分光镜使发射光路与接收光路分开。使用ZEMAX软件对准直扩束和衍射分光部分进行了仿真,并对发射和接收透镜进行了理论分析和计算。设计的光学系统符合32×32像元APD阵列成像的要求。     

激光远场聚焦特性实验研究

为使发射光束以会聚形式传播,进行了室外450 m和300 m激光聚焦实验.将扩束准直后的光束通过伽利略望远系统,采用精密位移台调整负透镜与正透镜间距,实现不同距离的光斑聚焦.然后用功率计测量450 m焦点处的功率均值为47.67 mW,标准偏差0.67 mW.并利用光束质量分析仪测量聚焦光斑的能量分布.进而采用Matl...     

准直光束高斯特征对直写光斑强度的影响

通过建立非理想准直光束残余高斯特征的功率密度模型,阐述了光束准直效果与功率密度的关系,借助光束通光比例系数对直写光斑强度分布影响的分析,以光斑主瓣、旁瓣的强度和宽度为主要特征,讨论了直写光斑强度及强度分布与光束准直效果的变化规律,确定了合理选取激光直写系统中准直扩束比例系数的原则.通过仿真不仅系统阐述了理想准直光束与非理想准直光束所形成的直写光斑形状的差异,还描述了理想准直光束近似计算光斑强度分布时的误差形式,这一结论为激光直写机准直系统设计提供了理论依据.     

多波长激光扩束系统的设计

在ICF高功率激光驱动器中 ,用双胶合透镜代替扩束望远系统中的较大透镜 ,或用两反射镜做成反射式扩束系统 ,两种情形都能对多种波长进行扩束 ,达到了设计要求。     

快速成形激光二极管能量源研究

针对现有激光快速成形系统使用气体激光器存在的缺点,研究使用激光二极管(LD)的新型能量源来代替气体激光器.对LD的光束特性和准直扩束技术进行了分析、研究,并对其聚焦后的焦斑功率密度、成形中的扫描速度等参数进行计算与分析.LD新型能量源寿命长、工作可靠,且体积小易于实现装置小型化,有利于提高成形精度和质量,有利于拓宽成形材料范围.     

1.06 μm脉冲激光高倍率变焦的扩束发射光学系统设计

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和跟踪适应性能提出了较高的要求。针对1.06 μm YAG调Q脉冲激光扩束发射光学系统进行了具体的分析设计,采用一级折射变焦式和二级离轴反射式相结合的两级扩束系统,可将输出激光束最小发散角压缩到近0.1 mrad,输出光束最大宽度达到130 mm以上,并且在满足一定准直性的基础上,实现了大约1.5~50倍扩束比的高倍率变焦范围,使系统能够满足扫描搜索以及适应距离的远近变化来进行跟踪探测的要求。     

激光宽带熔覆光内送粉喷嘴准直气罩研制

为了改善现有激光宽带熔覆送粉喷嘴中金属粉束发散、粉末利用率低的问题,设计了一种送粉喷嘴的准直气罩;为了实现在宽带激光束内部均匀地对熔池送粉,保证粉末受热均匀、粉束发散小,设计了一种流道。应用FLUENT软件对准直气罩内部流体分析,确定装置内部型腔和出口尺寸,以减少出口处的紊流,达到较佳的准直效果。最后利用研制的送粉装置进行送粉试验,验证了该准直气装置的实验效果。结果表明,准直气帘的宽度为粉束宽度的1.5倍时,准直效果较好。     

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。     

塑料光纤激光打标散射点实验研究

塑料光纤（Plastic Optical Fiber,POF）纤芯散射点的形状和大小尺寸控制对基于半导体激光器（LD）和侧面发光POF的LCD背光源设计具有重要意义。研究了一种表面无损伤的POF纤芯散射点的激光打标方法,基于非成像光学的边缘光线原理分析了激光打标制作POF纤芯散射点的二次聚焦过程,推导出激光侧面入射在POF上表面时的焦点坐标的表达式计算式。实验研究了1.06 m波长激光在POF纤芯制作打标散射点时,激光光束半径（打标聚焦透镜高度）、激光功率和重复打标次数对POF散射点形状和体积尺寸的影响。纤芯内散射点的检测采用650 nm激光的散射光相对光强分布进行检测,通过显微照片的对比判断散射点的形状和尺寸。实验结果表明,POF纤芯散射点的形状决定于激光光束半径（打标聚焦透镜高度）,当聚焦透镜高度激光光束半径为束腰半径透镜焦距时,可以得到光纤径向细而长的条散射点;。当聚焦透镜高度小于聚焦透镜焦距时,在POF上下两个表面附近形成漏斗状散射点。而随着激光功率增大和重复打标次数增加,散射点的体积尺寸随着增加。单次打标时POF的激光损伤阈值约为80 W/mm2,而要使POF散射点具有稳定的细长条状,激光功率密度应大于140 W/mm2。