3B1束线上LIGA掩模的设计研究

BSRF中的 3B1光束线与LIGA实验站过去使用的 3W 1光束线相比 ,其同步辐射X光光谱较软、光强较弱 ,但可实现专用光和兼用光两用。现在LIGA实验站移到 3B1光束线 ,为此必须进行新的LIGA掩模设计、制作。结合此研究目的 ,本文通过使用XOP和Origin两个软件进行设计、计算 ,分别得到了专用和兼用时 3B1光束线在传输过程中的各级能谱图和传输、吸收数据 ,并针对这两种不同的用光情况分别设计、研究了两种不同组合的掩模 :Au PI组合和Au Si组合。     

3B1束线上LIGA掩模的设计研究

BSRF中的381光束线与LIGA实验站过去使用的3W1光束线相比，其同步辐射X光光谱较软、光强较弱，但可实现专用光和兼用光两用。现在UGA实验站移到381光束线，为此必须进行新的LIGA掩模设计、制作。结合此研究目的，本文通过使用XOP和Origin两个软件进行设计、计算，分别得到了专用和兼用时381光束线在传输过程中的各级能谱图和传输、吸收数据，并针对这两种不同的用光情况分别设计、研究了两种不同组合的掩模：Au-PI组合和Au-Si组合。     

新型圆筒形轴对称四镜折叠组合腔模式分析

本文提出了一种能够产生中空环形激光光束的新型网筒形轴对称四镜折叠组合腔的设计方案.利用光学传输矩阵方法处理了光束在光谐振腔中的传播,得出腔的稳定性条件.由高斯光束在腔内的白再现条件,描述了腔内腔外光束传输特性,同时对近场和远场光束特性进行了数值计算和模拟.     

浸没式光刻系统中光束传输系统的设计

为实现浸没式光刻照明系统掩模面上高均匀照明性和不同照明模式,对照明系统中的光束传输系统进行了研究。浸没式光刻照明系统中的激光光束传输系统是光刻机中的重要组成部分,直接影响光刻机性能。针对浸没式光刻照明系统特点,提出了采用球面镜和柱面镜组合的光学结构,进行了激光准直扩束系统的光学设计与仿真分析。此外,对设计的准直扩束系统进行了公差分析,以保证在加工和装调完成后光束的发散角和口径均满足设计要求。最后,在系统完成的基础上对不同位置处的光斑尺寸进行测量。设计结果表明,系统能够满足光束在5~20 m传输光路范围内,不需要进行透镜间隔的调节,实现光斑大小和发散角满足设计要求,保证目标光束口径在(28.5±0.5)mm范围内,X方向发散角为1.2 mrad,Y方向发散角为1.84 mrad。通过分析发现,设计结果能够很好地满足指标的精度要求,具有重要的应用价值和实用意义。     

上海光源硬X射线微聚焦光束线站首轮调试暨首台真空波荡器自主研制获得成功

硬X射线微聚焦及应用光束线站（BL15U1）是上海光源工程首批光束线站中．第一条进行调试的真空波荡器光束线站。2月6日下午．科研人员完成了调束前准备工作，晚18：00开始正式调束，随即在光束线荧光靶和丝扫描探测器上分别观测到波荡器辐射光斑和光电流，21：30分在实验站铍窗出口处的电离室上探测到波荡器辐射的5．4keY单色光（3次谐波），并扫描获得该能量下单色器摇摆曲线，实现了首轮调束目标。     

光学组合半导体激光器输出光束特性研究

为了评价光学组合半导体激光器的输出光束性能,采用两种方法从理论上分析了光学组合半导体激光器的输出光束的光束传播因子.第1种方法与传统堆栈式半导体激光器的光束质量评价方法类似,通过几何光学得到光束束宽;第2种方法采用管芯光强分布的类高斯模型计算输出光束的二阶矩进而得到光束束宽,最后均得到输出光束的光束传播因子与激光条单元数及激光条包含管芯数的关系.进行了3个激光条组成的光学组合半导体激光器的实验,获得输出功率120W,功率密度209W/cm2,光束平均间距1.1mm,整体光束传播因子M2=197.对比了两种方法及实验结果.结果表明,这两种方法可以用来估算光学组合半导体激光器的输出光束质量.     

大气湍流信道中OAM光束与高斯光束传输性能的实验研究

通过实验研究了大气湍流信道下中轨道角动量（OAM）光束与高斯光束的传输性能,并将两种光束的传输性能进行对比。实验以加载调制信号的OAM光束以及高斯光束为传输载波,分别测量了在大气湍流信道下两种光束的光束展宽、指向偏差、功率抖动以及误码率。实验结果表明:在大气湍流信道中传输后,OAM光束相比高斯光束,光束展宽减少10.5%,功率抖动的方差下降0.13,指向偏差的散布圆直径减小30.4%,并且光束中心更集中于接收面中心;OAM光束载波系统的最低探测灵敏度达到?28.97 dBm,相比高斯光束提升2.5 dB。实验结果证明了在大气湍流信道传输中,OAM光束比高斯光束受到湍流的影响更小,并且随着湍流强度的增加,OAM光束恶化程度远小于高斯光束。实验的结论为大气湍流信道下自由空间激光通信的发展和应用提供了参考。     

用于大功率激光焊接的组合YAG激光器

日本AMAGASAKI消息,目前工业生产厂商正在寻找一种用于焊接厚金属板的高亮度、大能量的YAG激光器,日本的科研人员正试图满足这一需要.先进材料处理研究所Shigek Fujinaga领导的研究组利用组合YAG激光束获得高平均功率,并将其用于厚金属板的焊接.该研究组研究出两种组合YAG激光束的方法,两种方法均采用光纤传输能量.一种方法是在出射端组合光束,而另一种是在入射端.研究人员利用两束,且每束具有2kw平均功率的CW(连续波)YAG激光束和一束1.5 kw功率的脉冲激发光束,实验测定了能产生5.5 kW平均功率的激光束焊接的各种特性.Fujinaga说:“两种光束组合方法各具优点和缺点,……在光纤的出射端使用集束光学组件的一个缺点是,对焊接机器人来说,显得太大、太重以致于不能快速移动,而在光纤的入射端组合激光束的缺点是,它排除掉了三条光束中任何非聚焦的光束,当把两条CW YAG光束和一条脉冲激发光束组合时,发现有时还需要做点什么才行.”为了确定最佳空间配置,研究人员发现,当光束对工件表面法线的人射角呈15°时,火舌卷流(Plume)的形态和焊接深度是个常数.把入射角增加到30°会导致熔深分叉,并在焊缝截面方向上使熔化面积扩大.但是利用集束光学组件组合时,他们发现,在水平焊接时,虽然未出现熔深分叉,也不必将光     

自散焦介质中由交叉相位调制效应引起的光束聚焦

根据不同的初始条件(两光束的初始间距、抽运光的模式和强度等),对1+1维和2+1维信号光束和抽运光束共同传输时所满足的耦合非线性薛定谔方程进行了数值计算,大量数值模拟所得结果如下: 1) 对(1+1)维情况,两光束均为基本高斯光束,且有一定初始间距时,抽运光越强,信号光束聚焦程度越大,聚焦(到最窄的)距离越短,超过此距离后开始发散.初始间距存在一个最佳值,使得信号光聚焦程度最大.聚焦距离随初始间距的增大而增大. 2) 对(2+1)维轴对称情况,抽运光为二阶高斯光束、信号光为基本高斯光束且两光束中心重合时,如果抽运光强较小,传输情况与(1+1)维类似;但当抽运光强较大时,信号光将一直聚焦直到发生坍塌;进一步增大抽运光光强,信号光会聚焦并发生分裂,直至坍塌.本文还对以上结果的物理图像进行了讨论.(OB6)     

贝塞尔晶格中高斯光束的传输（英文）

通过数值仿真研究了高斯光束在贝塞尔晶格中的传输特性,贝塞尔晶格是在光折变晶体中通过光诱导产生的。在有晶格和无晶格的情况下,高斯光束的传输特性有很大差别。高斯光束在均匀介质中传输时会呈现出线性衍射和自聚焦现象,当晶体中存在晶格时,光束可以克服光在均匀介质中的衍射和自聚焦效应,在不同的初始输入条件下,高斯光束在传输的过程中会演变成一个环形孤子或者圆形孤子。     

厄米-高斯光束在饱和非线性介质中的传输特性

为了研究厄米-高斯光束在光折变饱和非线性介质中的传输特性,采用有限差分方法数值求解了光波演化方程,理论分析了厄米-高斯光束的传输特性。结果表明,1维1阶、2阶和3阶厄米-高斯光束在光折变非线性介质中传输时,在合适的非线性条件下,均可以形成呼吸模式的孤子;随着非线性的加大,厄米-高斯光束的光场分量之间的相互分离趋势将逐渐变弱,同时,每个光场分量的振幅起伏效应会更加明显;改变厄米-高斯光束的入射位置、入射角度对其传输特性没有影响;2维厄米-高斯光束的传输特性和1维情况是类似的。厄米-高斯光束的这些特性在光开关领域有一定的应用前景。     

圆周型光斑模式转换器

提出了一种圆周型光斑模式转换器--透明玻璃圆锥体,根据光的全反射原理论证了光在该圆锥体中的传输规律和对光束光斑模式的转换原理.利用光线追迹方法模拟了光在光斑模式转换器中的传输过程和对光斑模式的转换效果.结果显示圆锥体的顶角等于一系列特定值时,垂直圆锥体底面入射的光束经过该圆锥体后光束沿着其母线方向出射,在垂直于圆锥体轴线的平面上形成一圆周型光斑,其光能量全部集中在圆周上.圆周型光斑模式转换器还可以与透镜结合使用,只改变光斑模式而不改变光束的传输方向.该圆周型光斑模式转换器具有结构简单、容易制造、能量损失小等优点.     

相位共轭与光刻

将一束激光通过变形介质,如透镜或烟团。如果光由原反射镜反射,则合成的光束将出现二次通过介质产生的畸变。反之,当光束第二次作用于介质时,方向相同但相位相反的原共轭光波就完全不发生畸变。相位共轭技术可用于核聚变、能量传输、通讯、以及其他需要解决信号畸变问题的领域。相位共轭技术的一个重要应用领域是生产大规模集成电路。离子束加工系统用下述方法可制造极精确的图象:光通过带母模的掩模传播,并在称为“共轭晶体”的光学介质中与两束反向的激光束互相干涉,干涉产生的一束新的光束与发自掩模的光精确重叠。     

微波信号在空间光通信系统中的传输

采用ITU(国际电信联盟)推荐的Ka波段为星间微波链路的通信频段,设计了采用激光链路透明传输微波信号的系统方案,包括直接微波信号传输和微波信号变频传输的两种方案.并指出了实现该目标的基本条件,即采用大功率、高光束质量的DPSSL(半导体激光器抽运固体激光器)为光发射机的光源,以及光发射机调制器的最佳选择是宽带LiNbO3波导调制器.     

空潜信道中基于多光束阵列的二维图案传输

提出了一种利用多光束阵列在复杂散射信道中进行二维图案传输的理论模型。与传统多光束传输方案思路不同,该模型有效利用信道的强散射特性,使各光束充分扩散,在接收面形成交迭区域,成像光学系统在该区域内接收光信号并恢复各发射光束的空间位置信息,完成二维图案信息在空潜信道中的多通道传输。视在参数的引入使光束原本在两个不同折射率介质中的传输简化为仅在一种介质中传输的简单问题。实验采用直径为15 mm的微透镜阵列以及长为12.65 m的海水、大气信道来模拟实际信道中的强散射作用,结果表明该模型具有较好的可行性。     

强激光非线性自聚焦效应的研究

利用"星光Ⅱ"激光装置,观察到激光在硅酸盐介质传输中的非线性自聚焦现象;研究了输出光束质量随B积分的变化规律.实验研究表明,在入射光束质量变化不大的情况下,B积分比较小时,输出光束的质量基本上不发生变化;当B积分增大到一定值后,随B积分的增大,光束分裂为许多细光束,光束质量急剧变差.实验表明,对于"星光Ⅱ"激光装置的输出光束,B积分小于1.8,非线性效应对输出光束质量的影响比较小. 研究了入射光束质量对非线性自聚焦效应的影响.实验和理论研究表明,质量好的入射光束,输出光束质量急剧变坏时对应的B积分较大.此外,引入PSD方法分析了光束强度分布的粗糙程度.对不同的B积分,同样频率的调制,非线性增长速度不同.计算了实验所测光场频率大于1 mm-1的光场的RMS值,给出了光束RMS与B积分的关系曲线,研究了输出光束质量随B积分的变化规律,比较准确地解释了实验观察到的现象.(OA8)     

多轴准分子激光钻孔机

东京松下研究所东京公司开发了一台准分子激光多轴钻孔机，用XeCI准分子激光（308urn）处理多层高密度的印刷电路板。该设备用光学分束的方法和一台高精度定行程的进给机枪实现多轴钻孔。以往难分子系统加工的主要零件是掩模，在使用掩楼时光束波反射的部分远远超过使用的部分，因此利用的能量很低。该公司开发了光纤技术，把许多光纤捆在一起，使其端都参差不齐。这样传输的光束形状是最佳的，光束强度是均匀的，光的利用效率提高到30％，约为掩模方法的20倍。分开的光束波导引到各自的加工头以执行多轴加工任务。每个单独的光纤端部都和…     

激光谐振腔和光束传输的分析与设计

使用ABCD矩阵方法,考虑矩阵元素均为复数的情况,同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在内,基于Visual Basic可视化编程语言,开发出通用的激光谐振腔和光束传输分析设计软件。该软件可分析设计稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等。使用该软件可以方便地任意增减元件,进行多种光学元件组合选取,分析倾斜放置元件引起的子午面和弧矢面内光束参数的异同,以及进行热透镜、距离容差等参数的优化分析与设计。谐振腔稳定条件、光束传输等参数可以通过数据表格、文本、图形显示或以文件的方式输出。     

高斯涡旋光束在增益和吸收介质中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了高斯涡旋 光束在增益和吸收介质中场分布以及 光强的解析表达式,研究了高斯涡旋光束在增益和吸收介质传输中的光强分布、位相演化, 详细分析了波数实部kr、波数虚部ki和拓扑荷m对光束传输特性的影响。研究结果表明,波 数实部kr越大、拓扑荷m越大,高斯涡旋光束在传输过程中 光强衰减越慢,并且始终保持光 束空心分布的特性,具有很好地稳定性。波数虚部ki越大,光束在传输中表 现出的增益效应 越明显,波数虚部k_i越小,光束在传输中表现出的吸收效应 越明显。高斯涡旋光束的位相分 布受拓扑荷m影响明显,不同拓扑荷m的高斯涡旋光束在源处及传输过程中光 涡旋的数 目不同。本文的结论对于涡旋光束在材料领域的研究及其在实际中的应用具有重要意义。     

叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面的频移特性

论文基于涡旋光束传输特性及光散射理论,研究了叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面的场分布及干涉特性.对拓扑荷值大小相同、符号相反的两束涡旋光进行了叠加生成仿真及实验,利用角谱衍射理论,分析了旋转随机粗糙表面均方根粗糙度对光束传输的影响,数值计算了不同拓扑荷值的叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面后,与参考光进行干涉得到不同转速下归一化强度值随时间变化的曲线,并通过光强-时间函数间接求得频移量,再反演得到旋转目标的转速.结果表明:通过仿真曲线的周期反演频率,当转速Ω分别为2π/3 rad/s,2πrad/s,10π/3 rad/s时,对应的频移Δf分别为2/3Hz,2Hz,10/3Hz.研究结果可以为叠加涡旋光的调控及应用提供理论参考.