波带片离焦量和非单色光对光斑的影响

考虑了波带片在离焦和非单色光照明条件下的光斑特性，通过数值计算，得到了在不同离焦量时光强分布曲线、光斑大小、以及特定范围内总能量随离焦量的变化；同时得到不同带宽的光强分布曲线、光斑半径随带的变化曲线。并研究了用于软Ｘ光扫描显微镜的聚焦波带片允许的离焦误差以及光斑半径与带宽的关系。     

基于圆边响应离焦估计的望远物镜自动调焦方法

本文提出了一种基于圆边响应曲线的离焦估计新算法,实现了调焦参数的标定和望远物镜的自动调焦。建立了圆形边缘的灰度响应与离焦半径的关系模型,设计了圆四周离焦半径的双阈值均值滤波器,实现了模糊图像离焦半径的精确估计,降低了运动模糊和噪声的影响。根据离焦半径与调焦距离的线性关系,采用折线拟合方法,求解正焦调焦距离。然后,利用多个物距和正焦像距,优化求解测距调焦模型参数,实现了成像系统的自动调焦。仿真和实际实验验证了离焦半径估计算法的有效性和鲁棒性。标定后的自动调焦成像系统图像清晰,拍摄距离在43～52 m之间的物理分辨率接近理论值的一半,可分辨线宽优于0.354 mm.     

像散法离焦检测中的像散透镜参数设计

推导出了离焦量与聚焦误差信号功率的关系式。利用MATLAB软件仿真,详细分析了像散透镜系统各个参数对离焦量、灵敏度、光斑大小等的影响,得到了像散圆透镜与像散柱透镜焦距之间的距离关系。结果发现聚焦物镜和探测器参数对最小离焦量、灵敏度、精度有决定性的影响。提出了像散透镜系统各光学参数选择的原则和方法,并以德国Silicon Sensor公司的QP50-6型四象限探测器为例,详细分析了离焦量与聚焦误差信号功率的线性关系。这些工作对建立满足应用对象要求的像散法离焦检测系统具有重要的指导意义。     

像散离焦检测系统中光斑能量中心偏移对测量精度的影响

通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法,该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度,减小系统误差,加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。     

基于光学调制的离焦探测技术

通过对常用离焦检测技术的分析,提出了一种基于空间光学调制的离焦探测新方法。该方法利用压电陶瓷驱动变形镜对会聚光束进行调制,在准焦位置放置针孔(或狭缝),通过针孔(或狭缝)的调制光束被光电探测器接收,经相关检波后获得离焦信息。测得的离焦信息包含离焦量和离焦方向,且离焦信号电压与离焦量呈线性关系。搭建了实验装置,利用100 Hz的正弦信号对光束进行调制,检波后得到了焦前4 mm到焦后2 mm范围内的电压信号,结果与理论推导相符。该技术适用于圆对称光束及非圆对称光束的离焦检测,尤其适于具有柱面镜光路结构、需要快速、准确测量x和y方向离焦量的强激光领域。     

基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法

为了实时准确地将激光直写系统中经直写物镜聚焦的光斑定位于待加工元件表面,提出了一种基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法,实现了对离焦量的实时检测与调整。在直写系统中引入检焦光路,与直写光路共享同一物镜,构建Linnik型同步相移显微干涉检焦系统,提取包含离焦量的波面相位信息;再从大数值孔径（NA）的物镜波像差数据中解析出离焦量的大小与方向。仿真结果验证了基于波像差判据的离焦计算方法的正确性,NA≥0.5时,离焦探测灵敏度可达4 nm, 通过实验验证了同步相移显微干涉检焦方法的可行性,检焦精度可达10 nm以内,满足激光直写高精度的测量要求。     

离焦写入线宽的动态高斯模型

为提高集成光学器件中的多线宽制作效率,提出了基于激光直接写入技术的离焦加工模式,即加工时激光束的聚焦点不落在胶层表面而是在其前方或后方;同时还建立了基于多个加工参量的线宽数学模型。此线宽模型首先假定激光束经物镜变换后,在像方任意离焦面上的能量仍保持高斯分布,其次还考虑了光束动态扫描引起的光斑线度对曝光能量分布的影响,故称其为动态高斯模型。此线宽模型涉及光功率、基片离焦量、光束扫描速度、胶层曝光能量阈值等加工参量。对线宽模型的验证在自行研发的极坐标型激光图形发生器上进行,实验表明:相对于不考虑光斑运动的静态高斯模型,动态高斯模型更为符合实验结果。     

空间碎片天基光学探测系统离焦问题分析

从相对距离、大气压力、温度变化三个方面分析了天基光学探测系统离焦产生的原因及离焦变化情况,提出通过离焦调制传递函数模型分析离焦对系统性能影响的方案,仿真分析了不同离焦量下系统等效调制传递函数的变化及其对成像质量的影响.结果表明,随着离焦量的增加,图像质量逐渐下降,相对距离变化导致的离焦为正值,大气压力变化导致的离焦为负值,温度变化导致的离焦在中心温度左右有正有负,三者导致的离焦量可部分抵消.该研究为天基光学探测系统的设计、补偿措施的制定以及性能评估提供了数据支持.     

离焦对激光通信接收视场的影响分析

为了降低自由空间激光通信中对准难度,本文提出了采用离焦的方法以增大接收视场角。以满足通信所需最低能量(-35 d Bm)为基准,理论推导了探测器接收能量、接收视场角(FOV)、离焦接收能量及离焦量之间的相互关系,并通过Matlab仿真,分析对比了离焦接收能量和离焦量对接收视场角的影响。结果显示,当离焦量为0.5 mm时,离焦接收能量从-20.9 d Bm提高到-4.1 d Bm,接收视场角能增大0.27 mrad;当离焦接收能量为-4.1 d Bm时,离焦量从0.2 mm扩大到1.0 mm,视场角能增大1.75 mrad。通过对比表明,提高离焦接收能量以及扩大离焦量都可以增加接收视场角,且扩大离焦量的效果相对比较明显,这对后续离焦系统的设计提供了理论指导依据。     

双工件台光刻机中的焦面控制技术

面对可用焦深日益缩短的趋势,高精度的焦面控制技术显得尤为重要。针对双工件台光刻机中采用的焦面控制技术,介绍了基于偏振调制的光栅检焦技术及其测量原理,研究了双工件台光刻机中的调平调焦技术。基于平面拟合、最小二乘法及坐标变换公式推导了曝光狭缝内离焦量计算公式;研究了一种离焦量解耦算法,该算法将曝光狭缝内离焦量解耦为调平调焦机构三个压电陶瓷的独立控制量,并使狭缝曝光场中心在调平调焦运动过程中不发生平移。经仿真分析表明,该算法可用于调平调焦精度优于10 nm 的高精度调焦调平系统, 能满足线宽小于100 nm 投影步进扫描光刻机的需要。     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

基于微分图像自相关的离焦模糊图像盲复原

针对离焦模糊图像的盲复原算法的研究具有重要的实际意义和实用价值.根据光学离焦成像模型,研究提出了一种基于微分图像自相关的离焦模糊图像超分辨力盲复原算法,即首先采用拉普拉斯算子对离焦模糊图像进行二阶微分并求微分图像的自相关,然后从自相关结果所包含的信息中确定离焦模糊半径,最后以离焦模糊模型结合MPMAP超分辨力复原算法对离焦模糊图像进行肓复原.实验证明:算法能够以较高的精度估计出离焦模糊半径并实现离焦模糊图像的盲复原,该算法较其它同类算法在减少计算过程中需要考虑的各类因素的同时也减少了计算量,提高了结果精度,依靠超分辨力复原算法获取更多的复原图像信息,已在实际刑侦和物证鉴定的离焦模糊图像判读和鉴定中获得成功应用.     

一种新的激光光斑参数快速计算方法

提出了一种利用弦的特性快速提取激光光斑参数的二维Hough变换方法。基本步骤是在圆形光斑边缘图像上作两条交于边缘上一点且相互垂直并分别平行于坐标轴的弦,通过这两条弦与光斑圆心及半径的几何关系,求取光斑的中心坐标和半径。遍历所有边缘点,对参数空间二维中心坐标数组投票,最大值对应参数即为光斑中心坐标。分析一维归一化半径直方图,求得光斑半径。实验结果表明,与传统的Hough变换相比,该算法在运行时间和空间效率上都有很大提高,具有更强的实用意义及应用前景。     

Effects of Relativistic and Ponderomotive Nonlinearities on an Intense Laser Pulse Propagation in a Plasma Channel

The optical guiding of a moderately intense laser pulse in a parabolic preformed plasma channel is analyzed by means of the variational method.Relativistic,ponderomotive and their coupling nonlinearities are included.The conditions for periodic defocusing and focusing,as well as constant spot size propagation are given.It is found that the laser focusing is released by the coupling of relativistic and ponderomotive nonlinearities.     

环形斑激光束在非线性克尔介质中环半径的偏移现象

对于非线性克尔介质中的环形斑调制光束,通过数值求解非线性Schrdinger方程发现:当入射光强度超过一定值时,光束在传输过程中将发生环半径偏移现象.并对环半径偏移产生的条件、偏移的特点,以及自聚焦焦点上光强度的横向分布与环半径偏移之间的关系进行了详细的研究.     

Time-resolved shadowgraphs and morphology analyses of aluminum ablation with multiple femtosecond laser pulses

Aluminum ablation by multiple femtosecond laser pulses is investigated via time-resolved shadowgraphs and scanning electron microscope(SEM) images of the ablation spot. The spatial distribution of the ejected material and the radius of the shock wave generated during the ablation are found to vary with the increase in the number of pulses. In the initial two pulses, nearly concentric and semicircular stripes within the shock wave front are observed, unlike in subsequent pulses. Ablation by multiple femtosecond pulses exhibits different characteristics compared with the case induced by single femtosecond pulse because of the changes to the aluminum target surface induced by the preceding pulses.     

Self-focusing of Hermite–Gaussian laser beams in plasma under plasma density ramp

Self-focusing of Hermite–Gaussian laser beams in plasma under plasma density ramp has been investigated. It is known that a laser beam shows an oscillatory self-focusing and defocusing behavior with the propagation distance. To overcome the defocusing, localized upward plasma density ramp is introduced, so that the laser beam attains a minimum spot size and maintains it with only a mild ripple. The density ramp could be important for the self-focusing of a Hermite–Gaussian laser by choosing the laser and plasma parameters appropriately. Self-focusing becomes stronger as the propagation distance increases. The behavior of beam-width parameters with the distance of propagation is presented graphically.     

随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。     

针对散射激光的全向激光告警系统激光威胁源定位技术研究

针对目前散射激光告警中只能定位到散射激光光斑,而不能追溯到敌方来袭激光源的现状,构建了战场环境下包括敌方威胁激光源、照射于某平台上的散射激光光斑以及全向激光告警系统在内的空间三维几何模型,推导了平台上散射激光光斑轮廓解析表达式,以及轮廓上任意一点相对鱼眼镜头的物方半视场角表达式。将成像于探测器上的光斑进行鱼眼成像畸变校正并取光斑边缘点,计算得到三维几何模型诸参数。再将模型参数与传感器阵列信息相结合,可最终获取敌方威胁激光源相对系统的方位和距离信息。最后对以上方法进行了实验验证并对产生误差的原因进行了分析。