能减小物镜口径的组合光学系统

在设计当中常遇到的减少激光束的发散度问题,一般都是采用伽利略望远镜系统这样的组合光学系统解决,而用开普勒望远镜系统是不适宜的,因为在这种情况下,把激光辐射聚焦在小面积上、会使能量大量集中,而使仪器在工作时可能击穿。但是仅仅采用伽利略望远镜系统成倍地减少光束的发散度,会大大增大组合系统的物镜口径。如果激光器发射端面到光学系统有大的距离,还会导致增大组合系统物镜的口径。例如:系统放大15倍时,激光器到光学系统的距离l=1600毫米,激光器端面的直径d_л=6.5毫米,由端面发出辐射张角2γ_л=25′,这时物镜口径达到d_(об)=280毫米;在l=700毫米时,d_(об)≈200毫米,这个数值由下面的公式决定:     

光纤扫描激光雷达技术

简单介绍了新体制光纤扫描激光雷达的原理及组成,包括两套对称的光纤束,分别用作激光束的发射和接收系统.介绍了该雷达系统光束扫描范围、光束发散角及物镜的有效通光口径等参数的设定,前两者主要由传能光纤的孔径、摆布位置、透镜物镜的焦距等确定,这三者的关系是密切相关、互相制约的.分析了光纤扫描激光雷达关键技术,即如何提高空间自由光与光纤的耦合效率,详细分析了影响激光光纤耦合效率的因素,包括光纤耦合条件、高精度光纤面板加工、激光发射与扫描电机同步控制.指出实现光纤扫描激光雷达的现实性.     

高斯光束光学(续)——激光准直系统的设计

在激光的实际工程应用中,为了充分利用激光能量、提高分辨能力等,广泛采用激光准直系统。例如在激光测距仪中,虽然激光器输出的激光束已有良好的方向性,但为了提高测程,还必须进一步压缩激光的发散角。这类问题在激光测月等远程测距中尤显重要。激光束的准直问题实质上就是激光束通过透镜变换压缩发散角的问题,因此,准直原理也就是激光束的远场发散角的变换原理。     

全自动可变光阑测量激光发散角的工程化研究

激光远场发散角是评价激光光束质量的重要指标,根据远场发散角的定义和国际惯例,实际工程应用中设计出全自动可变光阑来测量激光远场发散角。在测量时利用图像处理和一阶重心距算法计算光斑中心,使可变光阑中心与待测激光束中心对准。测试系统自动由小到大变化光阑孔径,同时用探测器测量透过的激光能量。对光阑孔径和通过光阑的能量进行曲线拟合,算出总能量为1/e2时光阑的孔径,即对应于该处的激光束宽,从而可计算得出激光远场发散角。上述测量过程是利用虚拟仪器技术来全自动实现的,该激光远场发散角测试系统经过了项目验收和实际工程检验。     

基于LabView的激光束发散角测量系统

为了满足激光器生产过程中快速检测激光发散角的需求,研制了一套激光发散角快速测量系统。测量系统采用焦点法测量激光发散角,利用可变光阑法确定透镜焦点处激光束的直径。为了提高测量系统的自动化程度,基于LabView软件开发平台开发了测控软件。可实现对不同孔径小孔光阑的自动更换测量,记录相应的透过能量值,计算激光束发散角,并进行保存和打印。实验结果表明,测量系统测量结果准确,测量误差小于0.05 mrad,自动化程度高、操作简便,能够满足激光发散角快速测试的要求。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

地面对卫星瞄准精度受大气湍流的影响分析

分析了地面对卫星激光瞄准精度受大气湍流效应的影响。首先,提出了大气湍流作用下地面对卫星激光瞄准精度的概念。其次,采用多层相位屏的数值方法求解激光大气传输满足的抛物型方程,仿真研究了不同发射参数下地面对卫星的激光瞄准精度,结果表明:地面对卫星的激光瞄准精度与激光束的发射口径成正比,发射口径越大,瞄准精度越高;而与激光束的发散角成反比,光束发散角越大,瞄准精度越低。最后,比较研究了不同瞄准精度下到达卫星入瞳处的功率以及功率密度。研究成果可为开展地面对抗卫星的试验提供理论依据和数据参考。     

电激励重频HF激光器非稳腔设计及实验研究

为实现电激励重频HF激光远距离传输,在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束,开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明,随着放大率M的增大,远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大,能量向中心转移,远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明:随着放大率M的增大,远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致,但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求,在流场正常工作情况下,当放大率M为3.0时,获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔（约为稳定腔激光能量的94.6%）的重频激光输出,满足激光远距离传输需求。     

猫眼光学窗口反侦测能力影响因素分析

为了提高我军光电对抗能力,达到攻防兼备的目的,必须在开展猫眼主动侦测研究的同时,开展猫眼光学窗口的反侦测策略研究。以探测激光回波功率为主要判断依据,利用数值仿真的方法对反侦测能力影响因素进行了定性和定量分析。结果表明,猫眼回波功率会随着探测器入射光功率、接收光学系统光学窗口面积、发射光学系统透过率、发射激光束发散角、猫眼物镜口径、焦距及反射元件失调量的改变而变化,且受漫反射背景和系统工作波长的影响。对影响因素的分析为反侦测策略的研究提供了理论依据。     

激光显微血流计的光学与机械计设

系统简介激光显微血流计的后向光学系统如图1所示。1.5mW 内腔激光管1输出发散度约为1mrad 的激光束,经过屋脊五角棱镜2由大约三倍准直系统3准直,使激光束发散度降到三分之一毫弧度以下,45°反射镜4使激光束直接投射到垂直反射相位光栅5上,光栅5将激光衍射为等强度并具有固定相位差的±1级衍射光,衍射角β为14.66°,经过透镜6准直为相距32mm 互相平行的光束,两平行光束再由聚光镜8(f=51.74)会聚成约为直径15μm 的测量斑,当红血球经过此点即有散射光波被5倍物镜9接收,一部分经2.7倍(或4~(?))中继物镜     

大功率半导体激光束非球面准直系统的优化设计

为实现空间激光束的远距离传输,利用矢量折射定理研究了大功率半导体激光器发散光束经非球面、非轴对称准直系统的光传输特性。对空间光线传输得出了矩阵传递公式,并针对大功率线源半导体激光器的发散光束进行了高精度的准直优化设计。为实现对激光束的进一步准直,利用光学设计软件CODE-V设计了卡塞格伦光学天线。利用两点法对发散角进行了实验测试,结果表明优化设计的准直系统发散角为1.924 mrad,经光学天线进一步准直后的发散角为96.2μrad。本空间光线追迹方法对复杂光学系统的精确计算具有一定参考意义,所设计的大功率线源激光束准直系统能广泛应用于远距离激光通信系统中。     

同步扫描水下激光成像的角分辨率极限

同步扫描水下激光成像技术是一种能有效抑制后向散射的水下成像技术,它采用高度准直的激光束照明水下目标,通过扫描扩展横向视场,结合载体的纵向运动得到目标的二维灰度图像。建立了目标反射率的一维理论模型,通过该模型分析了激光发散角和采样角对同步扫描水下激光成像系统角分辨率的定量影响。结果表明,若激光发散角为δ,并以对比度衰减至原始目标的0.2倍为下限,则系统的角分辨率可达0.6δ。     

DVD激光头浅析

DVD与VCD是CD派生和发展起来的激光数字视盘机,都是以光盘作为存贮图像与声音的载体,采用物镜将激光器发射的激光聚焦于光盘的信息表面、扫描信息坑点进行重放的。激光束会聚程度就决定了分辨力。焦点处的光点直径取决于光源的发散、焦距与物镜直径之比值、激光束的光强分布等因素,见图1。 焦距与透镜直径的关系,用数值孔径值NA来表示: NA=nsinθ     

大功率半导体激光束变发散角整形系统设计方法

在研究了大功率半导体激光器(HPLD)光束特性的基础上,提出了实现大功率半导体激光束变发散角的设计方法。针对线源像散激光光源设计了由两个垂直放置的平凸柱透镜组成的可变激光束发散角的整形系统。在满足光束发散角要求的前提下,通过离焦使其出射光束的发散角在一定范围内连续改变。建立了两个柱透镜移动量与光束发散角关系的数学模型。利用商用光学软件对整形系统进行了模拟,结果表明,光束发散角被压缩在一定范围内连续改变,从而可实现对不同范围物体照明。     

变反射率镜非稳腔Φ20mm口径Nd：glass激光器研究

详细分析了高斯变反射率镜非稳腔的腔模和输出特性，给出了各阶横模的解析表达式。采用高质量的高斯变反射率镜在Φ２０ｍｍ大口径Ｎｄ：ｇａｌｓｓ激光介质上实验研究了这种腔的输出特性，获得了１０Ｊ级发散全角为０．１８ｍｒａｄ近衍射极限的高强激光束，该发散角只有相应普通非稳腔的１８％，同样泵浦时输出能量约为普通非稳腔的７０％。最后实验研究了这种腔结构的失谐灵敏性．     

808 nm大功率半导体激光器光纤耦合模块系统

根据808 nm大功率半导体激光列阵(LDA)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808 nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400 μm的光纤,实现了30 W的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(NA)为0.22.通过分析其输出光斑和输出曲线,表明LDA与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用.     

半导体激光器准直透镜系统

发明的详细说明本发明是用于录相磁盘、数字音响磁盘光源半导体激光器的发散性激光束准直透镜系统。半导体激光器的激光光束通常是垂直方向为40°,水平方向为10°左右发散角的发散性光束。为了使其实用,要校成平行光束或接近平行光束。半导体激光准直透镜系统用于录相磁盘、数字音响磁盘时,要求NA为0.2左右,因为波面的混乱将导致光学系统整体性能的恶     

激光束远距离能量分布测量及危害概率分析

本文从激光安全评价出发,介绍一种远距离激光束光斑测试方法。参照实验室激光眼损伤生物效应研究结果,对激光束发散角,横断面能量分布及危害概率进行了计算和分析。     

电子束的发散性对自由电子激光器输出性能的影响

研究表明,进入Wiggler场的相对论电子束的发散角增大,将降低自由电子激光器的增益,但小量的发散角可提高激光器的输出功率。最大容许的发散角由激光振荡条件决定。     

激光发散角测量的误差分析

为了研究产品装调过程中,套孔法和CCD成像法得到的激光发散角偏差较大原因,采用ZEMAX仿真进行了理论分析,并结合相关试验进行了验证。结果表明,在CCD白光观瞄系统中利用CCD成像法测量激光光斑大小时,由于白光与激光间存在光程差,计算激光发散角时,需要消除光程差导致的图像误差的影响。激光光斑大小与距离符合双曲线规律变化。近场条件下不成线性关系,CCD成像法测量得到的激光光斑图像偏大,计算得到的激光发散角远大于套孔法的测量值;远场条件下近似成线性关系,套孔法及CCD成像法测算得到的激光发散角数值基本一致。该研究可以根据产品的设计参量,消除光程差对激光激光束散角的影响,提高测量精度。