强激光积分变换镜的光学性能及相关热作用

根据标量衍射理论研究一种常用积分镜，导出任意给定入射光束时在光学系统后不同空间平面上光束的强度分布，给出模拟计算实例，讨论经积分镜变换后光束的热作用。研究结果表明，变换光束带有强烈的干涉及衍射结构，入射光束分布及工作平面位置的选择对变换结果有显著影响。对于导热性能较好的材料，变换光束的干涉和衍射结构的热影响可以忽略，但是，配置与积分镜相应的模拟计算软件是提高使用质量的必要措施。     

基于衍射计算的激光束变换应用研究

通过建立等效近似光学系统,研究了激光加工用的抛物面反射聚焦系统的光学变换特征,并根据标量衍射理论,导出任意给定入射光束在通过光学系统后不同空间平面上光束的强度分布,并对实际检测的高功率高阶混合多模激光束通过聚焦系统后的光强分布做了详细的计算。结果表明,衍射计算的结果与实验相吻合。     

一种非成像式大功率激光变换系统的理论研究

详细研究激光通过光学系统后的分布对深入研究激光与物质相互作用具有重要意义。从任意给定的光束分布出发 ,较详细地考虑了激光的衍射过程 ,研究一个已经获得工业应用的激光变换系统。     

激光差动扫描测量厚度

提出一种激光扫描测量厚/宽度的新方法,系统由准直激光源、差动扫描转镜、接收物镜、光电接收器和智能仪表组成。准直光源发出的光束经差动扫描转镜形成差动扫描,扫描光束被待测工件反(散)射后,由接收物镜汇聚至光电接收元件,测量反(散)射光在待测工件上的持续时间,由特定公式计算出工件厚/宽度。理论分析和实验结果表明,测量结果与工件至系统之间距离无直接关系,工作稳定性好,实验最大测量误差不大于扫描激光束束腰半径。     

基于自适应镜的可变圆光斑激光熔覆光学系统

为实现不等壁厚复杂零件的激光增材制造,设计开发了一种基于自适应镜的可变圆光斑激光熔覆光学系统。系统由反射式抛物准直镜、反射式自适应镜和反射式抛物聚焦镜等组成。通过气压比例阀调节自适应镜腔内气压,改变自适应镜表面曲率半径,使光束以不同程度的会聚角或发散角入射到反射式抛物聚焦镜,从而改变作用在工件表面的激光光斑大小。建立了基于自适应镜变斑光学系统的物理模型,通过Matlab和Zemax软件仿真分析了自适应镜焦距的变化范围、反射式抛物准直镜与反射式抛物聚焦镜的焦距和位置,以及光纤激光光源参数等对系统变斑特性的影响。采用6 kW光纤激光器,按照变光斑、变功率、等速度、等功率密度的方案进行激光熔覆工艺实验,实现了壁厚由3 mm渐变到8 mm的椭圆形工件的激光熔覆增材制造。     

激光对二元合金表面相变硬化的数值模拟

本文用有限差分法对合金材料激光相变硬化过程的温度场进行了三维数值计算。模型主要考虑了入射激光光束的Ｇａｕｓｓ分布特性,以及工件的有限尺寸,工件材料热物理性质的温度依赖关系,对流、辐射造成的表面热损失。根据模型可以得出工件表面及内部的温度分布,并预测激光处理的相变层深。     

一种新的激光热处理用导光系统的设计

激光热处理加工中的导光系统指将激光束导向待处理工件表面的光学系统。目前,常见的导光系统可以分成以下三大类:①透镜聚焦式,②反射镜聚焦式,③光束振荡式。激光从激光器输出窗输出后,其光束可具有各种各样的空间能量分布模式。对于透射式聚焦方式而言,如二氧化碳激光通过光学透镜,聚焦到工件表面上。这种方式的主要缺点是激光光束质量差,其能量分布不均匀,聚焦后,仍保持其原来的空间模式。而且不能象电子束     

激光辐照温度场计算中的"像热源"研究

激光热作用研究中 ,通常只能采用纯数值计算方法研究异形工件激光热处理温度场 ,本文介绍轴对称像热源处理边界问题的半解析计算方法并给出实验证明。该方法适用于任意分布光束的热作用计算 ,当工件的局部边界由非正交平面构成时 ,可以获得满意的计算结果     

激光扩束系统衍射现象数值计算

本文在标量衍射理论的基础上 ,应用柯林斯公式数值计算了高斯光束经过通光口径较小的扩束光学系统后的光强分布 ,结果表明出射激光光束的束散角虽然可以压缩 ,但往往不是高斯光束 ,而是具有亮暗相间的多个环状光束。本文的分析对于激光扩束光学系统及其它光学系统的设计具有一定的参考价值     

非球面镜准直大功率半导体激光阵列远场特性

针对目前采用非球面快慢轴准直镜准直的大功率半导体激光阵列的远场光束特性在理论上缺乏准确的描述,而常用的单一能量利用率光束发散角不能够准确地描述半导体激光器准直光束的特性,难以有效指导其后整形、聚焦等光学系统设计的问题,文章利用CCD成像结合图像处理手段对半导体激光阵列光束经过非球面快慢轴准直镜后的远场光束进行实验研究。实验结果表明,随着能量利用率选择不同快、慢轴远场发散角变化趋势有较大区别,在较高能量利用率条件下,快轴方向能量利用率的微小增加可导致光束质量的迅速劣化,对光学系统要求苛刻;而慢轴方向能量分布较为均匀,光学系统冗余量较大。     

双光束激光扫描尺寸测量系统

基于激光扫描检测原理，提出了一种用于测量较大直径的双光束激光扫描尺寸测量系统。利用具有良好速度特性和光学准直特性的扫描光学系统。，通过分光光学系统，使扫描光束由一束变为两束，对工件两侧进行双光束扫描，将携带有被测量信息的两路光信号经光合成系统后将两束光进行和接收，经微机数据处理后，给出直径的测量结果。文章详细论述了系统的测量原理、组成和微机控制与数据处理系统，对扫描光学系统设计的有关理论问题进行了     

热敏采样图像在红外强激光变换系统性能研究中的应用

使用热敏纸测量红外激光强度分布 ,利用衍射的角谱理论计算一种强激光变换光学系统的光束变换特性。根据计算结果及计算机图像处理技术模拟热敏纸采样图像 ,与实际采样图像进行比较 ,对理论计算作出实验证明     

高斯光束经含失调透镜的猫眼系统反射特性研究

为了分析猫眼光学系统中透镜失调对高斯光束反射特性的影响,将分划板的光瞳函数展为有限项复高斯函数之和,并利用适用于失调光学系统的广义衍射公式,求解了高斯光束经含失调透镜的猫眼光学系统的反射光场近似解析式,针对给定猫眼光学系统定量分析了透镜失调量对反射光束场分布的影响.结果表明,透镜的角位移比横位移对反射光束传输特性的影响...     

含非完整光束辐照过程的激光热处理瞬态温度场半解析计算

提出了包含非完整光束辐照过程以及适用于任意给定光束分布的激光非熔凝热处理瞬态温度场的半解析计算方法 ,并给出了实验证明     

激光热处理中光束参数表述问题研究

利用86.5%环围功率法研究不同类型的激光器的等效高斯光束半径。并结合热处理实验,采用任意分布光束热作用快速计算的数学工具对热作用结果进行比较研究。最后,对激光热处理中光束参数表述问题进行了研究。     

大功率激光光学系统杂散光分析的数据结构

文中主要研究发功率激光光学系统光学表面多次反射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法，提出了杂散光分析的二叉树数据结构。利用这种数据结构，作者编制了激光光学系统杂散光分析软件，针对两个实例建立了近轴鬼光束树。实例计算表明，采用该数据结构可以全面描述杂散光状况，并根据设计人员的要求捕捉危害较大的鬼像。     

激光显示系统中光束行偏转器的设计与研究

首次提出并设计了适合于高速偏转场合的多柱转镜式行偏转器,给出了加工工艺.研究了多柱转镜的扫描效果和光束入射的最优位置;分析了多柱转镜的动力学特性.采用多柱转镜作为光束行偏转器可以简化系统结构、降低系统成本,由于工作转速低,简化了转镜的静平衡和动平衡,可有效提高转镜的运转精度;多柱转镜反射的光束经过调整透镜的调整,提高了系统的性能.     

高斯光束圆环衍射与光学系统质量评价

根据任意波型的光波的小孔衍射公式计算了高斯光束圆环衍射的光强分布与环围功率分布;分析了以平面波的圆孔衍射分析激光发射光学系统的光学质量所造成的误差。指出:正确地评价光学系统的质量,必须考虑入射波型和光学系统的具体结构。     

大口径高能量激光测量中后向散射能量研究

锥形吸收腔高能量激光能量计测量过程中的后向散射能量分布是影响测量准确度的一个关键参量.依据锥形腔能量计内表面与入射激光相互作用的光学定律,推导了能量计内入射激光光束能量的分布函数;并结合复化辛普森数值计算方法,计算分析了当能量计反射系数一定,而入射激光光束直径与吸收腔直径之比不同时,锥形吸收腔开口处光功率密度分布和后向散射总功率.计算结果表明,对于大口径高能量激光,后向散射能量损失将达到0.5%至2.5%左右.根据后向散射光功率密度分布计算得到后向散射总能量,对测量结果进行修正,将有效改善高能量激光能量测量准确度.     

激光调阻机的光学系统设计

激光调阻机是通过激光打点切割,改变电阻体的导电截面积,从而达到把低于目标阻值的电阻体阻值修调到要求阻值允许的偏差范围内,适用于片状电阻器的快速大规模生产.在激光调阻过程中,通过高精度的数字电桥实时监测阻值变化,控制调阻进程,辅之以系统复杂的机械手操作,脉冲激光器高频输出,光束精确定位控制及其它机电操作控制,自动完成每小时十几万支电阻的调修生产,是集光、机、电一体的现代化高科技生产设备.调阻机光学系统主要由三部分组成:1)光源系统,2)光束扫描系统,3)光学监视系统.光源系统包括激光器、光束能量衰减器、扩束器等.作为激光调阻机的加工用光源,其特性参数对调阻效率、精度有直接影响,本机采用Nd∶YAG声光调Q脉冲固体激光器,光束模式为TEM00模.激光调阻时,薄膜电阻材质不同,所需要的激光功率也不同,通过在光路中加入衰减片的方法,可获得稳定的调阻功率.光束扫描系统由双向扫描振镜和聚焦f-θ透镜组构成,前者实现光束按要求偏转,后者对光束进行聚焦,使其焦点位于电阻片表面.聚焦镜头由多片透镜组成,除有普通光学系统的一般要求外,还要求该镜组达到扫描距离与扫描角度成线性关系.光学监视系统包括分光镜、变焦镜头、CCD相机和照明光源等.分光镜经过特殊镀膜处理,以实现对不同波长光的透过及反射要求.调阻用的激光是单色光,f-θ聚焦镜组在设计时无须考虑消色差.照明光源采用高亮度红光二极管,可获得清晰的观察效果.(OE33)