光束质量与光束质量因子

应用标量光场光强的传统定义 ,推导了具有轴对称性的傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上 ,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2 ,并证明了光束质量因子M2 1。应用标量光场光强的精确定义 ,计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子 ,结果表明 :当ω0 λ时 ,光束质量因子M2 可以小于 1,并随光束的束腰半径趋于零而趋向于零 ;ω0 >λ时 ,高斯光束的质量因子M2 非常接近于 1,且随光束束腰半径的增大迅速趋向于 1。此外 ,文章还对一些相关的问题进行了讨论。     

涡旋光束在湍流大气中的光束扩展

涡旋光束在湍流大气中传输时,其振幅和相位会发生随机起伏,导致在接收平面处的光强起伏及光束扩展等。以低阶拉盖尔-高斯涡旋光束为例,利用激光大气传输四维程序数值模拟了不同条件下的涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展。由模拟结果可知,传输距离越长或湍流越强,涡旋光束在大气中传输时的束宽扩展受湍流的影响越大;涡旋光束的拓扑荷数越高、光束的束腰越小或光波的波长越长,其束宽扩展受大气湍流的影响越小。湍流的内尺度和外尺度也会影响涡旋光束的光束扩展,但影响程度相对较小。另外,通过计算仿真还比较了涡旋光束和普通高斯光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展的差异。     

贝塞尔光束的互补光束设计与优化

提出无衍射贝塞尔光束的互补光束概念.基于惠更斯-菲涅尔原理和光场的相干叠加性,给出了其频谱的一般形式.利用遗传算法搜索频谱相位分布的最优解,使得扫描互补光束光片场的强度分布与贝塞尔光片旁瓣强度分布几乎一致,二者相减可消除旁瓣的影响,从而获得大视场均匀的理想薄光片.将其应用在光片荧光显微成像中,可有效去除离焦背景噪声,提高成像质量.     

光束造型工艺

 1．光束造型工艺原理光束造型工艺(Photoforming Process),是一种用紫外线硬化树脂在光的照射下进行积分式造型的加工方法。这种树脂本为液态,经紫外线等光束照射后便成为固体(这一过程称之为“固化”)。     

一种新的光束概念—无衍射光束

本文介绍了国际学术界新近提出的无衍射光束概念,对该光束的物理机制和应用前景进行了讨论。     

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.     

位相畸变光束的聚焦特性与光束质量

针对高斯型随机位相畸变，应用夫琅和费衍射积分研究了畸变光束的聚焦特性和光束质量Ｍ＾２因子，给出子它们随位相畸变特征量主烨的近似分析和数计算结果，可为高功率激光器的设计提供理论依据。     

扫描光束显示

现在大屏幕显示还没有象阴极射线管那样的简单办法。最近有一种方案是 偏转一条窄的光束,用象阴极射线管里的电子束扫描那样的方式,在屏上扫描。直到不久以前,这个方案还不能实现,因为没有足够的相干光源或照准的光源能聚焦成一个很小的点,用来作精细的扫描。     

球差透镜聚焦部分相干光束获得局域空心光束

基于Collins公式,研究了空间相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干光通过球差透镜后在几何焦平面附近的光强分布情况.研究表明,通过改变部分相干光的光谱相干度,球差系数可以得到平顶光束和局域空心光束.球差系数决定了最佳聚焦点的位置.当球差系数为正时,最佳聚焦点随着球差系数的增大向远离透镜的方向运动,甚至超过几何焦点;当球差系数为负时,最佳聚焦点随着球差系数绝对值的增大向靠近透镜方向移动.另外,在正负球差绝对值相等时,光强分布以几何焦点相对称.     

高斯涡旋光束的光束传输因子和峭度参数

基于强度二阶矩定义, 导出了高斯涡旋光束光束传输因子即M² 因子的解析表达式, 高斯涡旋光束的M² 因子唯一取决于拓扑电荷数n. 数值计算表明, 高斯涡旋光束的M² 因子随着拓扑电荷数n的增大而增大. 基于强度高阶矩, 还导出了高斯涡旋光束经傍轴ABCD光学系统传输时峭度参数的解析表达式, 高斯涡旋光束的峭度参数取决于拓扑电荷数n、参数δ、矩阵元A和矩阵元D. 在自由空间传输时, 高斯涡旋光束的峭度参数仅取决于拓扑电荷数n和参数δ. 自由空间传输时, 高斯涡旋光束峭度参数的变化规律为: 峭度参数随参数δ的增大先减小而后趋向于一最小值, 随拓扑电荷数n的增大而减小. 这一研究有助于高斯涡旋光束的实际应用.     

Definition and measurement of the beam propagation factor M2 for chromatic laser beams

The concept of the beam propagation factor M2 is extended for chromatic laser beams. The definition of the beam propagation factor can be generalized with the weighted effective wavelength. Using the new definition of factor M2, the propagation of chromatic beams can be analyzed by the beam propagation factor M2 as same as that of monochromatic beams. A simple method to measure the chromatic beam factor M2 is demonstrated. The chromatic factor M2 is found invariable while the laser beam propagates through the dispersion-free ABCD system.     

Efficient improvement of laser beam quality by coherent combining in an improved Michelson cavity

The efficient improvement of laser beam quality is demonstrated by coherent combining of two Nd:YVO4 lasers in an improved Michelson cavity. When the two lasers are separately operated with beam qualities of M(x)2 = 1.74 and M(y)2 = 1.34 for laser 1 and M(x)2 = 1.53 and M(y)2 = 1.39 for laser 2, by coherent combining of the two lasers, a single beam output exceeding 2 W with a nearly perfect TEM00 mode (M(x)2 = 1.08, M(y)2 = 1.04) is obtained. Moreover, it can withstand environmental perturbations with no change in beam quality or output power and has the potential for scaling to much higher output power with high beam quality by coherent addition of multiple lasers in this configuration.     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法，推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式.研究表明，当w0/λ→0时，远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°，与阶数无关.使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束，研究了非傍轴FG光束的M2因子，并与传统定义的M2因子作了比较.在非傍轴范畴，非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关，而且与w0/λ有关.按照定义，当w0/λ→0时，非傍轴FG光束的M2因子不等于0，对阶数N=1, 2, 3时，M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886.当N→∞时，M2因子取最小值M2min=0.816.     

Beam quality changes of Gaussian Schell-model beams propagating through axicons

Beam quality changes of Gaussian Schell-model (GSM) beams propagating through axicons are investigated in detail. The expressions showing beam quality changes of GSM beams are derived in terms of Wigner distribution function. It is shown that, when a GSM beam passes through a divergent or convergent axicon, the beam quality factor (M2 factor) becomes larger. The increment of the M2 factor is dependent on the incident beam size, wave number, refractive index of the axicon material and the angle of the axicon; but it is independent of the coherence of the beam. The explanation for the increment of the M2 factor is also given.     

激光空间相干性对照明均匀性的影响

 研究了激光相干性对照明均匀性的影响，为照明激光器的选择提供了理论参考。其中，部分相干高斯光束分解为模式间相互独立的厄米-高斯光束的迭加。采用相位屏的近似处理方法对激光通过大气湍流的传输进行计算模拟。数值模拟的结果表明：当照明光束的空间相干性降低时，其照明均匀度逐步提高。因此对于照明激光器而言，选择空间相干性较差的激光器对其照明均匀度更加有益。     

Study on the Beam Quality of Uncoupled Laser Diode Arrays

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｔｅｎｓｗａｔｔｓｏｒｓｅｖｅｒａｌｈｕｎｄｒｅｄｓｗａｔｔｓａｒｅａｖａｉｌａｂｌｅｉｎｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ.Ｔｈｅｙｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｕｍｐｉｎｇｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｌａｓｅｒｓａｎｄｌａｓｅｒｍｅｄｉｃｉｎｅ .Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅｌａｓｅｒｓａｎｄＣＯ2 ｌａｓｅｒｓ,ｔｈｅｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｈａｓｄｉｆｆ…     

Beam cleanup in a self-aligned gradient-index Brillouin cavity for high-power multimode fiber amplifiers

We propose a beam cleanup setup to convert a multimode beam into a single-mode beam by use of the Brillouin effect in a multimode gradient-index (GI) fiber. Phase conjugation and beam cleanup regimes in highly multimode fibers are discussed, and the self-aligned GI fiber Brillouin cavity is presented. We report a preliminary conversion from an M2=6.5 beam into an M2=1.3 beam with 31% efficiency.     

部分相干双曲正弦高斯光束的M~2因子与湍流距离

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数方法,推导出了部分相干双曲正弦高斯(ShG)光束在湍流大气中M2因子的解析表达式。在此基础上研究了部分相干ShG光束的湍流距离,即湍流引起的光束扩展可忽略的范围。采用Von Karman谱分别对M2因子和湍流距离进行了数值计算,并分析了内外尺度的影响。研究表明:M2因子随束腰宽度和离心参数的增加存在极小值;湍流距离随束腰宽度的增加存在极大值,随离心参数的增加而增加,大气湍流对离心参数较大的光束影响较小。另外,M2因子和湍流距离与折射率结构参数、内尺度、外尺度、波长和相干参数等密切相关。     

克尔效应对高斯光束质量M2因子的影响及抑制

用分步傅里叶方法计算了高斯光束在克尔介质中的传输过程,采用最小均方根办法对光场进行二项式曲线拟合得到光束质量因子,计算结果表明：当B积分在2rad以内,克尔效应越强则它对因子影响越大;同时,它的这种影响能力也受到光束宽度和光束腰平面到克尔介质的距离的两个因素的影响,即光束越宽,影响越小,距离越大,影响反而较小;最后,基于B积分的可叠加性,提出用具有负非线性折射率系数的非线性介质来补偿正克尔效应、降低光束因子,并指出两端补偿是最优的方式之一.     

Study on the Beam Quality of Uncoupled Laser Diode Arrays

The beam quality of uncoupled laser diode array is studied theoretically and experimentally. By calculating the second order moments of the beam emitted from the laser diode array, the dependence of the M2-factor of the laser diode array on the M2-factor of the single emitter, the ratio of the emitting region to the non-emitting space, and the number of emitters, has been deduced. From the measurement of the beam propagation the M2-factor of a laser diode bar is experimentally determined. The measured M2-factor of the laser diode bar agrees with the theoretical prediction.