用鱼眼镜头获得平顶化聚焦的精细激光束

为了将激光高斯光束转化为精细加工需要的能量集中且均匀分布的平顶聚焦的精细激光束,利用衍射成像及其像差理论研究了具有较大畸变和一定场曲的鱼眼镜头对高斯光束的衍射变换作用,导出了其解析计算式,表明了该鱼眼镜头对高斯光束平顶化聚焦的原理。利用Matlab软件进行计算机模拟实验,展示了该鱼眼镜头对高斯光束的平顶化聚焦效果和容易而精密的可调性,表明这一方法与技术是可行的。用该方法获得的平顶化聚焦的精细激光束可被用于激光精细加工、微光机电系统和医学治疗等领域发挥重要作用。     

利用单片非球面透镜实现激光束整形

在非球面透镜组进行激光束整形的技术基础上,设计了应用于TEA CO2激光光束整形的单片非球面镜光束整形系统.基于几何光学原理,利用能量守恒定律和等光程条件进行系统理论模型求解.通过使用龙贝格数值积分和非线性最小二乘法,获得非球面透镜前后两面的矢高.最后,通过光学设计软件ZEMAX进行系统性能优化,并对其可加工性进行了分析.实验结果表明,出射光束的光程差(OPD)为±0.01λ,峰谷值误差为0.0002λ,输出基本为平行光.该方法能有效避免双分离透镜结构系统的筒长过长、不易调节的弊端,使器件结构变得简单,便于加工装调.     

利用球差透镜获得超衍射极限聚焦

从ＨｕｙｇｅｎｓＦｒｅｓｎｅｌ衍射积分公式出发,得到了高斯光束经过球差透镜聚焦之后聚焦光场的光强分布的表示式。数值计算结果表明,当透镜存在负球差时,可获得超衍射极限聚焦,即得到的聚焦光斑比高斯光束经过无球差透镜聚焦而得到的聚焦光斑还小。并且,透镜的负球差系数越大,得到的聚焦光斑越小。相反,当高斯光束经过正球差透镜聚焦,得到的聚焦光斑比无球差时大。透镜的球差系数愈大,得到的聚焦光斑愈大。讨论了透镜的球差对轴上光强最大点（最佳聚焦点）的影响。     

高斯型激光束在圆孔衍射过程中的光束畸变

由于激光畸变所产生的现象及其形成的物理机制十 分丰富,对畸变激光传输特性的研究已然成为一个重要的光学类课题。对此本文将以激光的 圆孔衍射作为切入,采用Zernike多项式函数拟合相位畸变元件的方法,探讨具有高斯型分布 的激光束在圆孔衍射过程中的光束畸变。进一步分析波长、传播距离及函数的阶数对光束畸 变的影响。结果显示,在畸变影响下,由于相散畸变因子作用导致光束 发生对称性退化,引起光束发生分裂,中心光强位置发生偏移,产生像散和离焦畸变现象。 而Zernike多项式函数中q 值会显著影响畸变中光束发生分裂的数量,且随激光波长和传播距离的增大,其畸变影响增 强,像散和离焦变得越明显。     

激光加工应用的聚焦透镜

现在，许多工业激光器用户都象挑选钻头、冲孔器或焊接电极那样来选择聚焦透镜。决定特定应用所需的透镜种类的诸多应用因素中，其中包括加工孔的尺寸、切割宽度和焊接深度。本文介绍透镜和离轴抛物面镜的有关知识和信息。透镜种类聚焦透镜有５种基本类型：即平凸、正凹凸...     

平顶高斯光束通过光阑透镜的焦移

从Collins公式出发,研究了平顶高斯光束通过光阑透镜的焦移,并用大量数值计算例予以说明。研究表明,截断平顶高斯光束的焦移不但由光束的阶数N、光束菲涅耳Fw决定,还与孔径菲涅耳数Fa有关。与无光阑情形比较,对于光阑透镜,即使在Fw很大的情况下,仍然存在焦移。     

用于激光祛斑的畸变镜头

平顶化激光束可以提高激光祛斑的功效,为此提出基于畸变镜头对高斯光束离焦下平顶化的激光祛斑技术方案,给出了其光学系统和技术要点及其畸变镜头的设计要求,参考相关文献经过合理推理给出了已扩束准直的高斯光束通过畸变镜头衍射变换得到的平顶化激光束,并进行了计算机模拟实验,表明这一激光祛斑的原理及其技术方法是可行的,对改善激光祛斑效果能够发挥重要作用。     

基于微小孔径衍射的光纤耦合研究

光纤耦合方式影响光纤耦合效率和信息的完整性,为此研究了基于微小孔径衍射的光纤耦合,从直接耦合、微小圆孔耦合、微小透镜耦合到畸变微小透镜耦合,通过考察束型、强度分布、光斑大小等改变,进而提出了鱼眼镜头光纤耦合方式,获得了平顶化聚焦光斑。计算机模拟实验表明,这种鱼眼镜头耦合方式改善了耦合效能。     

一种球柱面一体化透镜的几何光学设计

提出了一种可使光轴折转90°,利用球面的折射和反射使子午面内的光束变为平行光,利用球面和柱面使弧矢光束会聚且有实焦点的球柱面一体化透镜,分析讨论了其近轴光学特性,给出了一些约束条件.这种透镜具有批量生产成本低、数值孔径大等优点,可用于把基模高斯细圆光束变换为线光束.     

非球面透镜组激光光束整形系统

在激光显示等领域常常需要光强均匀分布的激光光束,为此,深入分析了一种非球面透镜组激光光束整形系统的设计方法,该方法可以将入射光束为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;给出了该非球面透镜组设计的基本过程,主要包括输出光束函数的选择、光线映射函数的确定和非球面参数的确定;最后选择光线映射函数具有解析解形式的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数,分别确定了伽利略型和开普勒型的非球面透镜组激光光束整形系统的参数。     

基于激光选区熔化的低畸变F-theta场镜设计

设计了一款适用于激光选区熔化的F-theta镜头,该系统由三片透镜组成,且透镜选用红外波段常用的ZnSe材料,镜头总长约89 mm,成型面积为260 mm×260 mm,结构紧凑,制作简单,成本低。聚焦性能好,所有视场下像面的光斑大小均达到衍射极限25 μm以下、90%能量集中于50 μm的光斑内、相对线性畸变小于0.05%,满足本设计中用于激光选区熔化零件成型的高精度要求。     

利用伽利略扩束系统实现激光束空间整形

为实现高功率激光束空间整形,需要设计一套伽利略型整形扩束系统,根据P.W.Rhodes等人基于几何光学原理导出的系统理论模型,采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据,非线性最小二乘法拟合数据,获得两个非球面矢高解析式,并用光学软件对束腰8mm的入射基模高斯光束进行了空间整形仿真模拟,结果表明可以获得直径25mm的平顶光束输出。利用该镜头对不同束腰高斯光束进行整形仿真,结果表明当束腰大于8mm时,光束整形效果尚可;但当束腰小于8mm时,整形效果随束腰减小而变差。     

非球面伽利略扩束系统实现激光束空间整形

为实现高功率TEA CO2激光束空间整形,需要设计一套非球面伽利略型整形扩束系统,将束腰8mm的基模高斯光束整形扩束到直径25mm.根据基于几何光学原理导出的系统理论模型,采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据,非线性最小二乘法拟合数据,获得两个非球面矢高解析式.为验证所设计镜头的光束空间整形效果,用光学软件ZEMAX对束腰8mm的基模高斯光束进行了整形仿真,光线光路追迹结果与理论设计吻合.仿真整形结果表明,可以获得直径25mm的平顶光束,出射波面面形峰谷值误差25个波长,输出基本为平行光.这为进一步工程应用作了必要准备.     

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.     

激光二极管线阵光束变换研究

推导出激光二极管线阵光束通过透镜系统的光强分布表达式，分析了出射光束的传输特性，设计一种凹柱透镜的光束变换系统得到一维均匀光强分布。此外，给出扩展角宽度的计算公式。