多艾里光束合成自聚焦光束的实验实现

多光束合成和单光束聚焦一直是提高激光束功率和功率密度的两个重要方法. 结合艾里光束在自由空间中沿弯曲路径传播的特性, 从数值模拟和实验两个方面, 研究了利用多个一维艾里光束合成自由空间自聚焦光束的方法, 并对所得到的模拟和实验结果进行了对比. 采用分步束传播法, 分别模拟了由四个和八个一维艾里光束合成的自聚焦光束在自由空间中的传播过程, 给出了自聚焦光束在传播过程中横向和纵向的光强分布和变化趋势. 采用计算全息和空间光调制器技术实验, 实现了多个一维艾里光束合成的自聚焦光束. 实验中分别测量了四个和八个一维艾里光束合成的自聚焦光束的横向光强分布. 实验结果和理论结果符合得较好. 另外, 为了进一步增大自聚焦光束的功率, 可以增加参与合成的一维艾里光束的数量. 同时, 自聚焦光束的焦距可以通过调整各个一维艾里光束的相对位置进行调节.     

光学·光电子信息

光学·光电子信息美国研究强激光脉冲的自聚焦美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室的研究人员发现，当激光脉冲强度超过临界值时，光束会自聚焦成细丝状，无发散地传输。细丝状激光束的直径约１００μｍ。这种光的演变完全不同于传统的线性或非线性传输，但导致自聚焦或克服展宽...     

LD光束在自聚焦透镜中的传输特性

基于分析激光二极管光束传输特性，运用厄米-高斯光束描述其远场分布．将自聚焦透镜用于激光二极管的光束整形，用2阶传输矩阵描述自聚焦透镜．运用Collins衍射积分公式，分析了LD光束在自聚焦透镜中传输场分布的解析表达式．在此基础上，数值计算了一种LD光束在自聚焦透镜中场分布．该模型结构简单，可用于分析光束传输特性和设计光束整形系统．     

非线性介质中会聚高功率激光的焦点位置控制

为了控制激光束的传输,使激光光束能根据实际情况在特定的位置聚焦,并且保证在传输过程中光束质量不退化,根据透镜聚焦和非线性介质的自聚焦理论,研究了高功率会聚激光光束在两者共同作用下焦点位置的变化.分析了各种因素对高功率激光光束的焦点位置的影响,并通过数值求解光束在非线性Kerr介质中所遵循的非线性薛定谔方程,得到焦点的位...     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

克尔介质中超连续谱的产生与自聚焦的抑制

 从（3+1）维非线性薛定谔方程出发，理论上分析了超短脉冲频谱展宽与自聚焦的影响因素。分析得出：通过改变泵浦光的功率和光束口径，可以实现光谱的极大展宽并避免自聚焦成丝。数值模拟了小口径强泵浦光束在BK7玻璃中的传输过程并进行了实验验证。模拟结果显示在超连续谱产生的同时小尺度调制被完全抑制。实验结果表明：降低泵浦光功率，使光束不会因为全光束自聚焦而发生塌陷，同时还能控制除自聚焦外的其它非线性效应，进而改善近场光束质量。由于自相位调制是超短超强脉冲产生超连续谱的重要机制之一，需要维持传输过程中的泵浦光功率，由此最佳的入射光功率应选在全光束自聚焦功率阈值附近。     

用高阶对比度研究光束的小尺度自聚焦

提出了高阶对比度这一新参数来描述光束的近场均匀性，并用之研究高功率激光装置中的小 尺度自聚焦现象.分析了高功率光束小尺度自聚焦发生的过程中填充因子、调制度、对比度 及高阶对比度随B积分值的变化，指出高阶对比度在光束出现自聚焦成丝前后有更显著 的变化，所以是描述小尺度自聚焦效应的理想参数. 关键词： 小尺度自聚焦 三阶对比度 四阶对比度 功率谱密度相位噪声     

钕玻璃介质中强激光束传输特性的初步研究

 由入射强激光束的强度或相位调制引起的小尺度纹波在经过非线性介质后,将产生强烈的自聚焦效应。在非线性相位延迟(B积分)超过一定值后,将严重影响光束的近场强度分布,甚至造成丝状破坏。数值模拟和实验研究了在一定强度调制下的光束经过钕玻璃介质发生自聚焦成丝效应的阈值条件,以及非线性传输的一般规律。可以通过模拟计算,给出高功率激光系统设计中的D-B判据。     

非线性介质中会聚高功率激光的焦点位置控制

为了控制激光束的传输,使激光光束能根据实际情况在特定的位置聚焦,并且保证在传输过程中光束质量不退化,根据透镜聚焦和非线性介质的自聚焦理论,研究了高功率会聚激光光束在两者共同作用下焦点位置的变化.分析了各种因素对高功率激光光束的焦点位置的影响,并通过数值求解光束在非线性Kerr介质中所遵循的非线性薛定谔方程,得到焦点的位置变化和光束初始束宽,输入功率以及透镜焦距的关系,从而找到了控制焦点位置的方法.基于非线性薛定谔方程,对理论分析进行了相应的模拟验证,结果相互吻合.     

熔石英介质中强紫外激光自聚焦效应研究

 针对脉冲宽度约1 ns、波长为351 nm的三倍频紫外激光，定量分析了熔石英介质中的自聚焦长度、峰值光强与强紫外激光光束质量及环境条件等因素的关系，研究了产生紫外光非线性自聚焦效应的阈值条件。研究结果表明：在强紫外激光光束质量一定的前提下，可将B积分值定义为自聚焦的阈值条件;入射强紫外激光光束质量越差，在熔石英介质中产生自聚焦的阈值条件越低;即使对于空间分布均匀的理想光束，当空气中存在灰尘时，经过一段距离的传输后，在熔石英介质中将导致强紫外激光自聚焦效应的产生，且灰尘尺寸较大时的自聚焦效应较明显,自聚焦的阈值条件也相对较低。     

光束指向稳定性高精度检测方法研究北大核心CSCD

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。     

高功率激光器的光谱合束技术研究北大核心CSCD

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。     

直角棱镜平面反射衰减在激光光束诊断中的应用研究

论述了普通光学元件-直角平面反射镜在激光光束诊断中的应用,提出了利用直角棱镜的直角面反射进行光能衰减,详细论述了采用该方法进行光能衰减的可行性,分析了平面反射衰减法在激光束诊断中对测光束的影响,讨论了激光束发散角在直角面反射中的影响,结合半导体光束诊断进行了应用分析.实验证明,该方法结构简单,误差小,调整方便,利用普通反射棱镜直角面衰减即可满足激光强度的匹配要求,实现了待测激光束的无失真取样,达到了很好的测试效果.     

Measurement of laser beam transmittance through laser produced vapour plume

Laser produced plume, consisting of vapor front and ejected substrate on the workpiece surface, is an intermediate between the incident laser beam and the workpiece on which the beam is directed. It partially blocks, defocuses, absorbs, scatters, and deflects the incident beam and thereby reduces the laser energy reaching the workpiece. However, plume additionally acts as a heat source enhancing the machining. Consequently, laser induced plume plays an important role in laser machining process. The present study investigates the transmittance of a reference beam by the plume generated during the laser-workpiece interaction. To achieve the transmittance measurements, a Nd:YAG laser was used and four different materials were employed in the experiment. To obtain realistic values of the plume transmittance in relation to the laser machining process, the reference beam was sampled from the incident laser beam. The study was extended to include the effect of the laser pulse parameters on the transmission process. It is found that about 10–30% of the transmittance of the reference beam through a vapor plume, produced due to laser ablation, occurs close to the workpiece surface.     

Free carrier modulation of a sub-bandgap CW laser beam: A Si optoelectronic chopper

In this work we introduced two beam photocarrier cross-modulation for creation of an optically driven photonic laser beam modulator using a semiconductor wafer as the active medium. Unlike other laser beam modulators, the process of modulation of an unmodulated sub-bandgap laser beam was made possible by generating a spatially- and free-carrier density-wave-dependent infrared absorption coefficient in the bulk of the semiconductor, following absorption of a collinear super-bandgap modulated laser beam. The experimental results showed that the modulation efficiency strongly depends on the transport parameters of the semiconductor material and on the power of the super-bandgap laser beam.     

一种大功率宽波段激光束散角的校准测试方法

在大功率激光系统的评价与分析中,激光器的光束品质是系统光束品质的决定性因素,也是激光器验收、鉴定的重要指标,其中束散角是判别激光光束质量的重要参数。本系统测试激光波长的范围比较宽,一般在0.532μm～10.6μm之间,没有合适的探测器能够覆盖整个波段,所以采用了一种新的方法来解决宽波段束散角的测量问题。选用CCD成像和扫描狭缝相结合的方法来实现宽波段激光光束束散角的测量,可见光和近红外波段（0.532μm～1.2μm）激光光束采用CCD法测量激光束散角,中红外波段（1.2μm～10.6μm）激光光束采用扫描狭缝法测量激光束散角。两种方法的结合可以较为精确地测量出不同波段的激光束散角。     

Diagnostic system for two dimension intensity distribution of laser beam

The diagnostic system for two dimension(2-D)intensity distribution of laserbeam is a measuring instrument for many parameters of laser beam.2-D intensity distributionplot of laser beam is obtained by the two dimension scanning mirror which is controlled by amicrocomputer to scan the laser beam on a detector.Many parameters of laser beam such asthe isointensity distribution plot,the beam diameter,the beam waist diameter,the laser pow-er,the diverge angle and the beam brightness,are given by means of the microcomputer pro-cessing the data measured.Theoretical analysis of beam parameter transform is given.     

新型非成像激光光束变换器的设计

设计了一种新型锥形激光光束变换器，它根据全内反射一折射原理扩大或压缩入射激光束的直径。利用光线追迹的方法研究了传输光线的传输规律和特性，并进行了相应的计算机模拟。设计的变换器可以将沿中心轴入射的单色平行光束压缩成平行于中心轴的光束、会聚在中心轴的光束或空心光束。对于入射的非平行光，它的特性同传统的成像扩柬器相似，所不同的是拉格朗日不变量不再是常量，当压缩光束的直径时拉格朗日不变量略有减小，当扩大光束的直径时拉格朗日不变量略有增大。设计的变换器具有结构简单、价格便宜和倍率高等优点。     

Quality of the beam produced a pulsed Nd:YAG laser

The quality of the beam produced by a Nd:YAG laser was investigated. A hemispherical Nd:YAG laser resonator was developed. A flashlamp driver was designed to pump a Nd:YAG laser crystal. The output of the laser was characterized via the variation of the capacitor voltage. A phosphor card was used to detect the invisible of the infrared beam. Exposed photographic paper was utilized to examine the energetic beam after interaction. The brightness and strength of the beams were analyzed using the Matrox Inspector and VideoTest 5 software packages. The intensity of the beam produced and the volume loss after interaction were found to linearly increase with respect to the input energy.     

Beam alignment with the axis of a rotation stage for laser fabrication of microcircular structures

An optical technique to align laser beam with the axis of a rotating stage is proposed for laser fabrication of circular microstructures. The laser beam is first aligned parallel to the rotation axis and subsequently adjusted to coincide with the axis. An optical arrangement consisting of two quadrant photodiodes for the x- and y-directions and a specially designed beam splitter is utilized for the alignment. Mathematical modeling of the alignment system is carried out to estimate alignment errors caused by misalignment of mirror surfaces in the beam path. It is shown that parallelness of the laser beam to the rotation axis is a key factor to reduce alignment errors. The proposed method was applied to a microstereolithography system and proved that the laser beam can be aligned within a distance of about 25 μm from the rotation axis.