振幅调制平顶光束在靶腔内的光强分布特性

推导出了平顶高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型缺陷调制聚焦后,激光间接驱动聚变靶腔内及腔壁的光场分布解析式,详细研究了缺陷尺寸和调制幅度等因素对光强分布的影响,并进一步研究了入射角度对调制光束在腔壁上投影衍射光场的影响。结果表明：缺陷尺寸越大,缺陷调制幅度越大,光束受到的扰动越明显,调制光场恢复为平顶高斯分布所需的传输距离越远;当光束的入射角小于10°时,光束到达腔壁前经过的路径较长,调制后的平顶高斯光束在腔壁上投影的光斑往x轴方向扩散,缺陷引起的光强扰动变化明显减弱,光斑强度整体下降。     

波前分割DOE阵列半导体激光器光束的品字形整形

半导体激光器(LD)输出光束受工作电流、个体差异的影响,发散角、输出光强受此影响而出现波动。常规衍射光学元件(DOE)的激光光束整形设计只针对特定的输入输出光场,使用宽容度比较小。在LD的整形中利用DOE阵列化的处理,输入光场被分割成许多小单元,不同强度的光重新在成像平面内预定的区域内叠加,实现对光束的整形。用均匀平面波设计阵列DOE每个单元,把高斯分布的球面波整形成品字形光强分布,衍射效率90.53%,均匀性在96%附近;发散角在快、慢轴方向上2°~16°变化,均匀性95.8%以上、衍射效率90%以上;在离焦量±16μm内,光束质量变化不大。阵列DOE提高了LD光束整形系统的稳定性。     

啁啾对双曲正割脉冲光束空间强度分布的影响

从傍轴波动方程出发,给出了啁啾双曲正割脉冲光束在自由空间中的传输方程,研究了啁啾对双曲正割脉冲光束空间强度分布的影响。结果表明,在初始位置初始时刻啁啾对双曲正割脉冲光束空间强度的分布没有任何影响,但会影响脉冲前后沿的空间强度分布。当双曲正割脉冲光束传输以后,啁啾对双曲正割脉冲光束空间强度的分布影响很大,只要啁啾系数足够大,对于脉冲宽度大于一个甚至是几十个光波振荡周期的双曲正割脉冲光束同样存在空间奇异性。啁啾系数的大小和符号对双曲正割脉冲光束空间强度的分布有不同的影响。     

厄米-高斯光束中带宽对横向强度分布均匀性的影响

使用惠更斯-菲涅耳衍射积分和傅里叶变换,推导了横向模式为厄米-高斯的激光束通过硬边光阑的传输表达式。利用所得公式通过数值计算详细分析了光束的频带宽度对光束横向强度分布的影响。分析发现激光束通过硬边光阑后会出现大量的强度尖峰,引起近场的强度分布不均匀。然而,当带宽增加时,强度尖峰的数量减少,幅度减小,光束的均匀性得到改善。在远场,光束的横向强度分布没有强度尖峰出现,但宽度随带宽的增加而减小。因此带宽增加会带来近场强度匀滑化和远场光束宽度变窄的效应。另外,数值结果表明带宽对模指数为1和2的厄米-高斯光束的强度分布的影响是类似的,均有近场强度匀滑化和远场光束宽度变窄的效应。     

利用高对比度光栅实现光束大角度偏转

为了分析高折射率对比度光栅(HCG)参量和入射波长对光束偏转角的影响,采用严格耦合波法设计了透射光束可偏转非周期三角HCG,并通过时域有限差分法证明了所设计的非周期三角HCG可实现30.3°的透射光束偏转.结果表明,当低折射率介质材料折射率从1增加到1.4时,透射光束偏转角可实现11°的调谐;当入射波长从波长1.5μm...     

高阶空间电荷场对匹配高斯光束自偏转特性的影响

通过数值模拟的方法,研究了高阶空间电荷场对匹配高斯光束在光伏光折变晶体中自偏转特性的影响。结果表明,对于给定的与晶体参量匹配的高斯光束,高阶空间电荷场对其自偏转特性的影响与外电场和光伏场的极性和强度,以及入射光束的强度有关。当外电场、光伏场、入射光束的强度取不同的参数组合时,就可以控制高斯光束的偏转程度,在三者特定的参数组合下,还可以实现高斯光束偏转方向的改变,进而实现高斯光束的无偏转稳定传播。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明：聚焦高斯在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明:聚焦高斯束在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

非傍轴厄米-正弦-高斯光束的特性

为了研究厄米-正弦-高斯(HSiG)光束在非傍轴情形下受参量影响的特性,基于光强二阶矩理论,经过一系列复杂的数学计算,得出了非傍轴厄米-正弦-高斯光束的远场发散角、束腰宽度以及光束传输因子的解析式,并通过数值模拟,得到了它们与离心参量的关系。结果表明,在束腰宽度与波长比取值逐渐减小时,随着离心参量趋于0,当阶数为奇数和偶数时.发散角分别趋于63.435°和73.898°。束腰宽度和光束传输因子随参量的增加呈现较大的起伏,非傍轴情形下的光束传输因子取值与傍轴情况有很大的不同,其受参量影响不仅可以小于1,甚至趋于0。     

片状陶瓷YAG激光器的束转动90°环形非稳腔设计与数值模拟

提出将束转动90°环形非稳腔应用于片状陶瓷YAG激光器的设计。该设计采用两个薄片状YAG增益介质垂直放置形成屋脊镜,与另一屋脊镜共同构成光束旋转系统。采用快速傅里叶变换方法,计算了该腔的空腔模式分布。分析了该腔对抽运不均匀影响光束质量进行补偿的机理。并以片状增益介质侧面抽运不均匀为模型,计算比较了束转动90°环形非稳腔与常规腔的光场分布。说明束转动90°环形非稳腔应用于固体激光器,对抽运技术引起的不均匀增益平均化,改善了光束质量。为束转动90°环形非稳腔在固体激光器的应用提供依据。     

一种冰洲石-氟化钡紫外直角分束棱镜设计

为了节省冰洲石晶体材料、并实现偏光棱镜光路的直角分束，采用冰洲石晶体与氟化钡晶体二元复合的方案，设计了一种冰洲石-氟化钡紫外直角分束偏光镜。以波长为265.6nm的紫外光为例给出了设计实例。从理论上分析了入射光经过该偏光棱镜后，e光、o光的分束角和光强分束比随入射角及入射光波长的关系，并通过计算软件作出关系曲线图。结果表明，该偏光棱镜分束角与直角偏差小，e光、o光的光强分束比约为1:1；在240nm~400nm的波段范围内，垂直入射对应的直角分束偏差小于1.0°，光强分束比与1的偏差在0.02以内，具有较宽的光谱适用范围。该研究对直角分束棱镜的设计、制作以及实际使用提供了有价值的参考。     

二维粗糙面两束波束散射特性研究

基于Kirchhoff近似,推导两束波束散射强度相关系数的表达式,数值计算漫射强度及散射强度相关系数随角度差、相关长度及粗糙度变化情况。结果表明:散射角对粗糙表面相干散射强度与光滑表面相干散射强度的比值有影响,当两束波束的入射角、方位角均相等,意味着两束波束相互重合且散射强度比值为单波束比值的四倍;当两束波束的入射角、方位角中有一个角度不相等,由散射场干扰效应的影响,相干散射强度比值都会减小。相关长度的变化与漫射强度和散射强度相关系数均成正比;随着入射角度差增大,漫射强度的后向散射效应增强,且散射强度相关系数变小,说明两束波束的干扰越严重;随着散射角的增大,总散射强度受干扰项散射强度影响较大,则后向散射效应增强。     

Wollaston棱镜对发散光束的分束特性分析

为了了解Wollaston棱镜用于发散光束时对出射o光束、e光束发散角的影响,利用折射定律对发散光束两边缘光线通过Wollaston棱镜后的o光、e光分束角进行了推导,采用控制变量法分析了发散光束经过Wollaston棱镜后出射的o光束和e光束的变化,得出了Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。结果表明,相对入射光束的发散角,Wollaston棱镜对o光束有减小发散角的作用,对e光束有增大发散角的作用;对于一定结构角的棱镜,当入射光的波长变大时,o光束发散角增大,而e光束发散角减小;对于确定的单色发散光束,当结构角增大时,o光束发散角减小,而e光束发散角增大;无论是入射光的波长还是棱镜结构角的变化,对出射o光束、e光束发散角的影响都是有限的。由此可见,在要求不是太高的应用中,可以忽略Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。     

线偏振超高斯光束通过矩形浮雕光栅的传输

利用严格的“逆规则”傅里叶模式理论,研究了超高斯光束在特征尺寸可与波长相比拟的矩形浮雕介质光栅中的传输,分析了光束中心入射角、入射点位置、光束束宽对栅体内光强空间分布及其对称性的影响。最后,数值比较了它们的相对误差为1％时,对光强空间分布形状的影响,结果表明入射点的纵坐标z0的误差可容度最小,束宽ω0最大。     

参物光夹角和光强比对全息图拍摄效果的研究

对全息照相实验参考光与物光的夹角和光强比的取值范围进行探讨。拍摄不同夹角和光强比的全息图,观察其再现像的效果。实验表明,参考光与物光的夹角在0～140°、光强比为2:1～120:1的取值范围,可得到较满意的结果。     

对称膜系偏光分束镜特征参量的入射角效应

为了研究入射角对对称膜系薄膜偏光分束镜性能的影响,从等效膜层理论和截止带理论出发,采用图像法分析了分光光谱带宽和透过率随入射角的变化趋势和原因。利用UV3101-PC分光光度计测量了(LHL)^N膜系偏光分束镜在不同入射角下的透射分光光谱,实验结果与理论分析一致。结果表明,分光光谱带宽和入射角存在直接联系,分光光谱带宽随入射角的增大先变宽后变窄,存在一个带宽最大值,以带宽最大值对应的入射角为基点,减小入射角时,分光光谱带宽向长波段漂移并且出现凹陷;增大入射角时,分光光谱向短波段漂移。这些结果对优化对称膜系薄膜偏光分束镜有一定的参考价值。     

Optimum control beam angle for a biased optical bistable device

The control beam intensity required to switch a multibeam, cascadable Fabry?Perot bistable device may be minimised by varying the beam incident angle.     

激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计

激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η_c>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η_c>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。     

光谱合成激光阵列指向偏差的光束特性分析

保持良好光束质量的输出对实际光谱合成系统的构建至关重要。从理论上研究光纤激光阵列指向偏差对合成系统光束特性的影响,修正了带有指向偏转角激光队列的入射光场,结合光谱合成的光传输模型和统计学分析,讨论了合成激光光束质量随均匀分布随机扰动的变化规律。仿真结果表明,指向偏差对合成系统的输出特性影响显著,当激光队列的最大偏转角仅为0.05时,合成系统的光束质量就会退化到（6.491.73）。为实现合成光束亮度的定标放大,逐步扩展激光队列的阵列规模,合成系统光束质量的变化会逐渐趋于稳定,以变化稳定时的阵列规模（30路子光束）作为参考,拟合M2因子随最大指向偏转角的变化趋势。