大功率激光扩束器的光学设计

为了使激光扩束器可以长时间的工作于大功率激光照射情况下,在传统多波长激光扩束器的基础上,利用变更材料和结构的方法进行改进,设计了2.3倍和6倍两级扩束的激光扩束器,用光学设计软件分析其像质并进行优化,对像质进行理论分析;加工成型后,置于实际环境中进行实验。经实验验证,在调Q脉冲激光器的峰值功率高达20MW的大功率激光照射下,在系统后1m位置出射光束直径分别为24.5mm和154.8mm,脉冲间隔可以在5s以上,并很好地保持了高斯光束的固有特性。结果表明,扩束器完全达到设计要求,有良好的使用效果。     

衍射型激光扩束器的保真度研究

针对传统的二次非球面折射型激光扩束器存在不易加工、装调困难、体积大、重量大,特别是难以获得高填充比阵列透镜等不足,提出了一种利用衍射型台阶化面型近似二次非球面的激光扩束器方案,结果表明:对于典型的束腰半径为2mm的高斯光束,衍射型激光扩束器可实现2.8倍的理论扩束比。为了保持扩束过程中激光模式的稳定性,提出了不同区域给定不同台阶数的两类复合结构,解决了扩束过程中保真度和二元衍射元件加工特征尺寸无法同时满足的问题,改进后的系统保真度达95.82%,各区域最小光刻线宽均大于2μm,能够满足现有光刻加工技术要求。对影响系统保真度主要误差的分析结果表明:离轴误差在-1~1mm,目镜和物镜倾斜误差分别小于0.1mm和1.68mm时,系统保真度仍大于95%,方便装调。     

消色差棱镜扩束器

总体设计思想:对一个给定放大率的棱镜系统,当调整光线在各个棱镜入射面上的入射角相等时,系统的损失最小。本文讨论了棱镜扩束器PBE中棱镜的选择及系统的具体设计思路,收集了消色差PBE的一些结构参数和最优棱镜结构型式。引言棱镜光束扩束器(PBE)已在波长测试仪和光纤直径测量仪系统中得到应用,并且成为一般实验工具。然而,PBE最重要的应用是对光栅衍射之前的光束预扩展。在高增益激光谐振腔内,这种预扩展在激光效率方面以较小的成本     

非球面扩束器的设计

本文根据像差理论,叙述了非球面扩束器的设计方法。带有高次曲面的扩束器物镜能对大相对孔径的透镜校正像差.通过具体的实例,阐明了相对孔径加大,物镜的高次项增加,目镜结构复杂化,筒长同时可以大大减小。     

激光匀束器

SILIOS Technologies公司的SHGH100型激光匀束器采用了SiO2制作的衍射光学随机位相片,具有高损伤阈值（〉10J／cm^2）和高效率（80％〈E〈98％）。这个产品靠去除光束的空间波动来均化激光器,它用于泵浦掺Ti蓝宝石激光器。     

大口径平像场激光扩束器光学系统的研制

研制出系统有效口径Φ=300mm,扩束倍率β=30×,视场2ω=±1mrad,能在λ=0.532μm,0.6328μm,1.064μm三种波长下工作,主波长为λ=0.6328μm的激光扩束器.系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃,前组物镜焦距F=800mm,且为高次非球面.用干涉仪检测,系统最终面形误差峰谷值优于λ/7,均方值误差优于λ/50.     

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。     

消色散四棱镜扩束器

本文介绍了消色散四棱镜扩束器的特征、原理、设计考虑、存在问题和解决方法。给出了测量结果和激光实验结果。     

多棱镜扩束器的共振反射器效应

在脉冲染料激光器的复合腔调谐中,往往同时插入棱镜扩束器和部反镜。将不敷膜的四棱镜扩束器用于光栅调谐的染料激光器中,实验表明:除了具有扩束作用之外,它还有四界面共振反射器的特性,既有因棱镜安放位置倾斜引起的空间光强调制,也有由棱镜四界面组合反射率引起的频率光强调制。由于这种共振器与光栅的复合腔作用,F-P干涉仪记录的激光干涉环图表明:输出激光是一种可调谐的多群纵模振荡,振荡线带宽和间隔分别与系     

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.     

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。     

多波长透射式扩束器设计

从像差理论出发,通过实例介绍了扩束器的具体设计过程,并给出了物镜通光口径为200mm、焦距400mi、视场为2mrad、放大倍率为40倍和主工作波长为0.6328μm的扩束器结构参量,通过改变目镜与物镜间距还可以对波长0.532μm和1.064μm的激光进行同倍率的扩束,在应用时不必重新设计扩束器或目镜系统即可以对这三种波长进行扩束,使用方便,也节约成本.     

两级复眼式准分子激光微加工均束器的设计

介绍了一种两级复眼式均束器的设计。它不仅均匀效果好,传输效率高,输出光束截面尺寸连续可调,而且为掩模投影式准分子激光微加工系统提供了恰当的照明数值孔径,是准分子激光进行微机械、微光学、微电子等微细加工的优良照明系统。     

高倍率及大孔径扩束器的光学系统设计

高倍率及大孔径扩束器要求筒长短、口径大、轴上和轴外的像差都要很好地校正 ,所以光学系统的设计是非常困难的。论述了高倍率及大孔径扩束器的光学系统设计方法 ,给出了物镜通光口径为 2 0 0mm ,焦距为 4 0 0mm ,视场为 2mrad ,放大倍率为 4 5倍的扩束器的光学系统结构参数和像质评价结果     

应用于准分子激光的透镜阵列均束器

设计了一套基于积分原理的准分子激光透镜阵列均束系统。通过对 18 块 4 mm×40 mm的柱面透镜叠放,组成9×9级的透镜阵列,将光束分成81束,彼此独立传播,实现了对准分子激光原始光束分束、放大。随后利用收集透镜将每束光叠加在同一位置,得到了在13 mm×13 mm范围内能量均匀度误差小于±5.00的光强分布。克服了原始光斑内部能量分布不够均匀的缺点,达到了准分子激光掩模投影加工的光束质量要求。相比于激光直写的加工方式,提高了加工效率。     

部分相干激光匀束器的设计及应用

传统激光匀柬器的设计是假设输人场为完全相干的，但对于准分子激光器等输出为部分相干场的光束匀滑并不适用。利用部分相干场的传输及衍射理论．开展了这一类激光器匀滑的方法研究。推导出部分相干场与完全相干场下激光匀束器的目标像面的关系式，总结出这一类器件的设计方法。仿真结果表明，上述方法设计的匀束器在全相干场下像面出现激烈的振荡，但在部分相干场下得到了理想的平滑输出强度分布。介绍了部分相干激光匀束器在新一代光刻机照明系统、材料加工、激光医疗中的应用前景。     

带两个扩束棱境激光谐振腔的特性

本文分析了带两个扩束棱镜激光谐振腔的稳定性、象散、光束束腰大小和位置等特性。     

光学元件的激光损伤

最近，世界各国为了研究核聚变，正在大力建造高功率玻璃激光器。在加利福尼亚大学，劳伦斯·利弗莫尔研究所，为了实现得失相当而建造的SHIVA装置（20路光束)，已于去年11月开始运转，据报导，已获得10.2千焦耳（脉宽0.9毫微秒）的输出功率。另外，在日本，激光4号(4路光束）中的1路已开始工作，得到了1千兆瓦以上的输出功率。在这种高功率激光器中，使最大输出功率受到限制的原因之一，是光学元件的激光损伤问题。