激光焊接中聚焦透镜热效应研究

通过理论计算和实验研究了激光焊接中聚焦透镜的热效应,以及聚焦透镜的热效应对激光焊接工艺的影响,找出了其中一些规律,对激光焊接工艺和提高焊接质量有一定指导意义。     

基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统

为提高屈光手术中准分子激光的能量利用率和光斑均匀性,设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜组成的准分子激光光束整形与匀光系统。借助近轴光学计算发现,通过调节双排透镜阵列的间距可以改变聚焦光斑的尺寸,通过调节透镜阵列与会聚透镜之间的距离可以改变光学系统的整体长度而不影响聚焦光斑的形态。利用光线追迹方法对该系统进行了模拟分析,在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分布的方形聚焦光斑,并给出了聚焦光斑尺寸随双排阵列透镜间距的变化过程。分析了接收面离焦对光斑尺寸和能量分布产生的影响,指出所设计的光束整形与匀光系统可以满足准分子激光屈光手术对激光光斑质量的要求。     

用于CO2激光聚焦的“长寿命透镜”

用于ＣＯ_２激光聚焦的“长寿命透镜”所谓“长寿命透镜”是利用光的衍射现象实现衍射极限光束的划时代工业气体激光系统用的聚光部件。这种设计，针对普通透镜无论怎样也无法消除的球差，通过在透镜表面施加特殊的衍射花样，使球差不能发生，从而实现接近衍射极限的聚光?..     

用单透镜会聚多模光纤出射的YAG激光为较小光斑的分析讨论

对传输大功率Ｎｄ：ＹＡＧ激光（λ：１．０６４μｍ）的多模光纤，为能仅在单透镜聚焦下获得校小聚焦光斑，对透镜的大小和位置及光纤输出端头的形状作了计算和分析讨论。所得结论对激光加工的许多方面都有实际意义。     

激光变焦透镜设计

本文叙述了激光聚焦用的一种光学补偿三透镜变焦系统快速一级设计的方案,并用T1-59计算器和PC-100A打印机设计了一个变焦比R=3,变焦历程Z=2和Z=1处的有效焦距fe=8的激光变焦系统。     

基于陶瓷焊接的半导体激光器合束及聚焦研究

为了解决石油输送管道Al₂O₃陶瓷内衬管的连接问题,研制了专用的半导体激光光源用于陶瓷激光焊接。实验研究了陶瓷激光焊接所需要的半导体激光工艺参量及光束要求,采用单管空间合束、偏振合束、波长合束以及菲涅耳聚焦系统输出等方式,研制了光场分布均匀的半导体激光陶瓷焊接系统。结果表明,所设计半导体激光器偏振合束输出功率为384W,合束效率达到96.62%,经波长合束后输出功率可以超过800W,聚焦系统输出光斑均匀度为93.85%。该系统可以成功应用于不同场合的陶瓷焊接生产中,满足2mm厚度Al₂O₃陶瓷激光焊接要求。     

CO2激光束几种聚焦方案的比较

根据作者设计和使用不同ＣＯ２激光聚焦方案的经验,从多方面分析比较了几种常用方案的得失。     

逆抛物型梯度折射率元件的一阶设计与应用

本文从几何光学和光束光学出发,采用ABCD矩阵方法系统地论述了逆抛物型梯度折射率棒透镜用作微小成象器件及激光束变换元件(如激光准直、聚焦、激光-光纤耦合物镜)的一阶设计理论。     

利用畸变透镜获得精细加工激光束

为了获得激光精细加工需要的能量集中且均匀分布的平顶聚焦激光束,利用衍射理论研究了畸变透镜对高斯光束衍射变换的作用,导出了解析计算式,进而获知畸变透镜如何对激光束平顶化聚焦的原理。用Matlab软件进行计算模拟,讨论了畸变透镜对高斯光束平顶化聚焦的情形和影响因素。表明利用畸变透镜对高斯光束平顶化聚焦是可行的。用这种方法获得的平顶化聚焦激光束可用于激光精细加工、微光机电系统和医学治疗等领域发挥重要作用。     

多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究

为了提高激光打孔生产质量和降低生产成本,提出了一种多棱镜旋转扫描非球面透镜聚焦在线打孔方案。系统将CO2激光器发出的连续光束经光调制器入射在多棱镜的其中一个表面上,光束经过反射依次扫入聚焦透镜组中。由于轴外像差和扫描速度失真会引起聚焦光斑的线性畸变,从而导致打孔形状的变化,通过选取非球面透镜对光束整形,在聚焦同时调整聚焦光斑的形状以控制打孔的形状。结果表明,在扫描系统中线性误差可控制在0.5%内,打孔大小形状满足生产要求,与传统激光打孔方式相比,提高了打孔的质量与效率。     

国内外调焦机构研究综述及发展趋势

调焦是高能激光系统中发射聚焦装置的关键一环。调焦机构对系统的瞄准和打击精度有着重要作用。为了解调焦机构的研究现状和发展趋势,首先对国外各类研究成熟的调焦机构进行了介绍,并分析了其调焦控制的原理以及针对各类技术问题所提出的解决方案。对于国内研究情况,则着重介绍了凸轮、丝杠、蜗轮蜗杆和直接驱动四种形式的调焦机构。然后分析了其控制调焦的基本原理,并介绍了应用于不同系统的调焦机构的设计特点。通过分析各类型调焦机构的设计及控制,总结和对比了它们的优点与不足,提出了适用于高能激光系统的调焦机构设计思路及研究方向,为高能激光系统调焦机构研究打下了技术基础。     

一种应用于激光微烧蚀的光学聚焦系统简化设计方法

针对激光微推力器对光学聚焦系统结构紧凑、聚焦光斑尺寸小以及避免羽流污染的特殊要求,采用传统的光线追迹法研究单透镜直接聚焦、双透镜准直聚焦两种典型方案光学设计方法。针对低功耗半导体激光器光纤耦合输出的芯径和数值孔径条件,在50m级聚焦光斑约束下,研究单透镜聚焦系统设计方案,得到了透镜厚度、焦距、工作距等设计参数的关系;研究准直聚焦光学系统的双透镜系统设计方案,得到了透镜厚度、透镜中心距、工作距等设计参数特征关系。针对两种典型光学设计方案,给出了工程应用设计参数。文中提出的设计方法避免了复杂的光学设计过程,可为激光微推力器激光光束微尺度聚焦提供一种简单实效的方法。     

非相干叠加激光发射系统光学设计

介绍了一种适用于三束激光非相干叠加聚焦的新型激光发射光学系统,工作波长1 080 nm,全视场角0.6。系统为离轴两镜反射结构,对三束紧密排列的激光光束进行扩束聚焦,系统主镜为口径303 mm的椭球面反射镜,系统像质接近衍射极限,并且可以通过控制次镜轴向位置调焦适应不同目标距离。计算了叠加后的激光光斑的功率密度分布和环围功率曲线,设计在目标距离1 000 m时叠加光斑半径9 mm内的环围功率大于95%,此激光发射系统结构简单,长径比小,聚焦质量满足使用需求,激光光斑能量得到有效叠加。     

非线性发射过载对激光引信光学接收系统的影响

激光引信包含精密光学系统,其中光学接收系统占重要地位,在常规弹药引信过程的应用中,高发射过载环境对系统弱回波聚焦质量造成严重影响,系统工作可靠性无法保证。提出接收聚焦透镜与窄带滤波片一体化方案,设计出一种新型缓冲结构接收系统光学,应用有限元分析软件ANSYS建立传统激光接收系统以及新型结构动力学模型,对接收聚焦透镜进行非线性动力学仿真以及ZEMAX光学仿真;最后进行空气炮冲击实验,结果表明:在经历70 000 g冲击加速度后,新型光学系统缓冲结构可有效缓解接收聚焦透镜塑性变形,提高脉冲激光束聚焦整形质量,激光回波能量显著增强。为常规武器激光引信接收光学系统抗高过载设计提供了一种新的方法和理论依据。     

激光聚光系统中激光光学与几何光学设计参数间的差异研究

针对一结合激光光学理论设计的激光聚光系统,本文运用矩阵光学理论精确地计算了高斯光束经过该系统变换后的主要设计参数,并与几何光学的设计参数进行了比较。     

一种半导体激光束聚焦和整形的光学装置

提出一种用全对称光学系统校正半导体激光固有像散，并用双胶合棱镜实现光束整形的新办法。该方法具有制造和装配简便等特点。给出了一种实用的设计方案和获得了高质量的聚焦、整形光束。文中还讨论了准直镜与双胶合棱镜的设计方法。     

应用于高能激光系统的发射聚焦装置研究

为了满足当前高能激光系统的工程应用需求,设计了针对高能激光聚焦的发射聚焦装置。首先选取了折反式二级扩束光学系统作为设计模型,然后利用光学设计软件序列模式对光学系统进行了设计优化,获得了平面波光束在不同距离聚焦的设计结果。其次由于平面波光束和高斯光束在调焦量上存在差异,通过矩阵光学理论计算了针对高斯光束聚焦的调焦修正量,并利用光学设计软件非序列模式重构光学系统,并以非相干空间合束的高斯光束作为入射光,进行了高能激光的传输聚焦仿真验证。在系统参数一致的条件下,与常规的离轴反射式光学系统进行对比。对比结果证实了本文设计的光学系统光学性能优良,可满足对入射高能激光在0.5~5 km范围内聚焦,最后开展的样机实验也验证了设计的正确性和合理性。     

飞行光学导光系统中的光学理论和设计

从激光加工的角度出发，以多模激光光束传输和聚焦理论为基础，论述了飞行光学导光系统中光束变换系统的设计方法，光束质量对飞行光学导光系统的设计的影响，提出了飞行光学系统中激光光束在激光加工中的加工范围和有效焦深等新概念。     

激光声遥感技术中激光器的应用设计

从激光器类型、激光脉冲能量、激光脉冲宽度、导光及聚焦等方面对激光声遥感技术中应用的激光器提出了具体的技术要求,并重点介绍了如何通过在激光器中采用特殊结构的非稳腔、精确的放电腔、Fitch脉冲电压发生器、望远镜聚焦系统等设计思想来实现以上技术要求。应用效果表明,根据以上设计思想研制出的二氧化碳激光器能够满足激光声遥感应用要求。     

激光束经透镜系统的聚焦及衍射的影响

分析和讨论了基模高斯激光束经适镜系统的聚焦及衍射的影响问题,给出了在光学系统设计中有实用价值的结论。