高斯光束整形系统的光学设计

研究了真实光线追迹优化光学系统的方法以简化高斯光束整形系统的光学设计.理论分析了高斯光束整形原理,并选择超洛伦兹函数作为平顶光分布函数;根据能量守恒原理,推导了高斯光束整形系统中任意光线在入射面与出射面的坐标变换关系.针对该系统的特点,使用Zemax编程语言(ZPL)编写计算坐标变换的ZPL宏指令,并优化设计了高斯光束...     

基于ZEMAX的血细胞分析仪光束整形系统设计

血细胞分析采用激光散射测量白细胞的分类,现有的光束整形系统采用氦氖激光源,体积庞大、零件较多。分析光束整形的原理,设计半导体激光源的整形系统,并采用ZEMAX进行仿真对比,半导体激光源的整形系统能达到与氦氖激光源整形系统相同的效果,并且结构简单、体积小、成本低。     

波导光束整形系统的理论研究

为了进行矩形波导光束整形系统的设计研究,利用Zemax软件模拟了部分端面抽运板条激光器波导光束整形系统光束整形过程,该系统能够将抽运光束整形成满足激光器要求的线形抽运光束.理论分析表明:矩形平面波导在整形系统中起到了至关重要的作用,波导长度变化对光强分布的均匀化有影响,矩形平面波导存在临界长度.     

基于ZEMAX的激光光束整形技术试验研究

由于半导体激光器的发散角较大且输出的光束光斑是椭圆形,因此需要对其输出的光束进行空间整形,形成一个近似圆形的激光光斑。激光扩束镜就是一种比较简单且非常方便的激光光束整形器件,本文将激光扩束镜作为一个激光整形系统与半导体激光器耦合,形成一个完整的激光光束整形系统。利用ZEMAX光学仿真,并进行室外试验验证,最后对试验结果进行了分析。     

同轴单棱镜整形研究

半导体激光器广泛地应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。介绍一种新的半导体激光整形系统——同轴单棱镜整形系统,详细地叙述了单棱镜的设计原理。与其它整形系统比较,该棱镜具有设计、加工和装调简单等优点,最大的优点还能保证光束同轴。最后以一个θ⊥×θ∥=25°×11°半导体激光器为例子,设计一个2.5×单棱镜同轴整形系统,通过软件模拟计算与实际计算结果比较,结果基本相符,证明了设计方法的正确性。     

投影光刻离轴照明用衍射光学元件设计

离轴照明（OAI：Off-axis Illumination）作为一种重要的分辨率增强技术（RET：Resolution Enhancement Technology）被广泛的应用于投影光刻系统。使用衍射光学元件（DOE：Diffractive Optical Element）作为光刻照明系统的光束整形器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制离轴照明光束的形状及光强分布。本文利用基于傅立叶变换的分步迭代方法进行了该类DOE的优化设计。DOE采用了多台阶位相结构,设计所得8台阶DOE设计结果分别实现了偶极、四极、环形及Bulls-Eye等照明方式,其照明效率都达到了80%以上,与目标光强分布的均方根偏差均小于7％。     

高精度激光光束准直系统设计

为了进一步提高激光光束用作直线基准的精度,建立了基于反射镜平动式光束稳定器以及两点式光束漂移分离法的高精度激光光束准直系统。首先,对系统中基于反射镜平动的光束稳定器进行研究,对其光束偏转原理以及影响因素进行分析,并对两点式光束漂移分离方法进行介绍。然后,对光束偏转单元的分辨力以及偏转范围、所使用的压电陶瓷非线性和迟滞特性、以及光束偏转单元的频率响应特性进行实验测试。最后,对该激光准直系统的激光光束准直精度进行测试。实验结果表明本文提出的光束偏转单元在120μrad范围内的光束偏转分辨力可以达到5 nrad,频率响应特性高于2 kHz;最终激光准直系统的准直精度在二维方向上分别达到1.9×10^-8 rad和2.1×10^-8 rad,相对于现有技术约提高了3倍,满足激光光束用作高精度直线基准的需求。     

流式细胞仪单极性脉冲基线恢复方法研究

针对传统基线恢复方法难以应对流式细胞仪高精度、超快速细胞数据分选任务的问题,提出并设计了新型的解决方案。首先,分析了传统基线恢复电路实现基线恢复的原理,根据流式细胞仪的系统要求对其电路进行优化设计;其后,通过对模拟电路传递函数进行分析,设计了与模拟电路级联的数字信号处理系统,修正了模拟电路对脉冲信号产生的失真,提高了流式细胞仪对脉冲特征参量的采样精度。通过实验验证,设计方案可实现4~8μs脉冲宽度高斯脉冲信号的快速基线恢复,并且对不同脉宽信号的面积、峰值特征参量采样误差均小于1%。     

基于CMOS图像传感器的激光光束参数测量仪软硬件设计

介绍了一种基于CMOS图像传感器的激光光束参数测量仪的软硬件设计,详细介绍了系统的结构、特点和功能,并对测量结果和误差来源进行了分析。     

808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源

提出了一种新型光束整形技术,该技术通过平行平板玻璃堆实现光束的分割、平移、重排,从而改善半导体激光的光束质量.该试验采用自主设计的中心波长为808 nm,连续输出功率为60 W/bar,填充因子为30 %,具有19个发光点,每个发光点尺寸为1μm×135μm的20层半导体激光叠阵,通过望远镜系统对慢轴方向进行扩束后用一...     

光束平差在激光跟踪仪系统精度评定中的应用

对自主研制的激光跟踪仪的精度评定进行研究,以期解决大尺寸空间坐标测量系统的空间坐标精度难于评定的问题.考虑现场环境条件、仪器状态和操作者技能等因素对测量精度影响都很大,提出了基于光束平差原理对激光跟踪仪系统进行精度评定的方法.通过Matlab软件对激光跟踪仪的精度评定进行了仿真,仿真结果显示光束平差法能客观地反映激光跟踪仪的测量精度.另外,使用Faro生产的激光跟踪仪进行了实物实验,实验结果显示其水平角精度σH为1.97″,垂直角精度σV为2.61″,测距精度σD为3.75×10-6,对比Faro生产的激光跟踪仪精度(σH =2.0″;σV =2.0″;σD=4 μm)可证明采用光束平差法评定自主研发的激光跟踪仪测量精度是正确、可行的.该方法为探索激光跟踪仪新的应用技术、开展面向对象的测量不确定评定奠定了基础.     

新型矿用激光指向仪的设计

在新型矿用激光指向仪的设计过程中,根据仪器设计指标要求,首先采用新型半导体激光器、倒置的高倍率望远系统,设计了激光指向仪准直光路系统,利用双透镜望远准直系统将半导体激光器发出的椭圆形高斯光束进行整形,提高准直精度。然后利用Pro/E软件对壳体组、镜筒组等部件进行了三维机械设计。设计结果表明,仪器结构合理,外形美观,小型轻便。最后,对激光指向仪的误差源进行了理论分析和计算,理论分析与实测数据基本相符,满足设计要求。     

激光直写系统焦斑整形的研究

针对激光直写光刻系统设计整形衍射光学元件(DOE),对写入焦斑的整形进行了研究。提出对不同焦距写入物镜下的焦斑,利用同一个DOE加以整形的方法。模拟表明:整形后焦斑的面形和边缘显著改善,衍射效率高于实用指标,提供一种改善系统分辨能力的有效途径。     

用于光学相干层析系统的三反射镜光束整形扫描机构的光学设计

为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化,提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同,标准球面具有旋转对称性质,以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理,采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑,整形效果良好,并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求,通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描,在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10mm×11mm)。结果表明,该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求,是一种可行、有效的方案。     

激光加工用半导体激光器的光束变换

考虑不同的激光加工方式对激光功率密度和激光光斑尺寸的要求不同,研究了如何通过调整光路设计实现各种尺寸的聚焦光斑输出,使半导体激光器满足不同激光加工方式的需求.利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直、聚焦等光束变换方式,实现了多种尺寸的光斑输出.实验中采用16个bar叠加而成的980 nm半导体激光叠阵,阈值电流为6.4A,最大工作电流为84.8A,最大输出功率为1 280 W,总的电-光转换效率为58.9％.准直后快轴的发散角小于4 mrad,慢轴的发散角小于20 mrad.通过实验对该激光叠阵进行光束整形和扩束准直、聚焦,最终实现了功率为1 031 W的激光输出,聚焦镜焦距为300 mm时的聚焦光斑尺寸达1.2 mm×1.5 mm,功率密度达3.8×104 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热导型焊接.     

非球面检测中偏心光束对焦系统设计

针对常规非球面检测技术存在的问题,特别是测量高精度工件表面具有一定的局限性,提出一种非接触式测量技术,即自动对焦测量技术.自行设计了一套偏心光束对焦系统.光路采用激光作为光源,一维位置敏感器件PSD作为光电探测器.激光、柱面平凸透镜和反射镜构成偏心光束对焦光路.电路分为PSD信号处理电路和电动机驱动电路,具有电压放大、消除地面干扰和滤波等作用.     

大面积发散太阳模拟器均匀照明方法研究

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统工作原理及旁瓣效应产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称性质,实现了氙灯空间光强分布模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明：当工作距离为20000mm,辐照面直径1500mm范围内,辐照均匀度为92.8%,满足了大面积发散太阳模拟器均匀照明的使用需求。     

单光束与双光束分光光度计的对比

在紫外-可见分光光度法分析领域中,单光束型分光光度计一直被认为是一种不能进行波长自动扫描的仪器,只能用于定量分析。自60年代初双光束型分光光度计问世以后,单光束型分光光度计一度曾被双光束型分光光度计所压倒。进入80年代后,由于把单光束型分光光度计和计算机技术有机地结合起来,形成了一种不变光束技术(stable beam technology),在单光光束型分光光度计上实现了波长自动扫描的功能,从而使单光束分光光度计获得了新的发展。     

半导体激光阵列光束整形技术研究进展

光束整形作为提高半导体激光阵列光束质量的有效手段,近年来得到了人们越来越多的关注。综述了几种典型的半导体激光阵列整形技术,详细介绍了近年来半导体激光光束整形的最新进展,分析了各种整形方法的技术特点,总结了半导体激光阵列整形技术的发展趋势。     

大面积发散太阳模拟器的均匀照明

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统的工作原理及旁瓣效应的产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上的强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称的性质,实现了氙灯空间光强分布的模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明:大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000mm,辐照面直径为1 500mm,辐照均匀度为92.8%,满足均匀照明的使用需求。