截断平顶光束的广义M2因子和相干模分解

针对Li提出的平顶光束的新描述模型,分别采用广义二阶矩方法和矩形函数的复高斯函数展开方法,推导出平顶光束通过硬边光阑的广义光束传输M2因子和模相关系数的解析表达式.以此为基础,对截断平顶光束的模相关、模结构以及相干模分解进行了分析,建立了截断平顶光束的相干模分解理论.     

反射式椭圆高斯光束平顶整形系统

为了将椭圆高斯光束整形为圆形平顶光束,设计了一种无中心遮拦反射式两镜整形系统。根据能量守恒思想,选择匀化洛伦兹函数作为出射光束平顶分布函数,建立了入射面和出射面之间的坐标变换关系;采用光程守恒原理和矢量形式的反射定律,推导了积分形式的整形系统两反射镜面形方程。利用数值解法计算出两反射镜的面形数据,经过光学设计软件仿真与系统参数分析,得到的圆形平顶光束在目标区域的照度均匀性大于95%。结果表明,这种整形系统可以明显提高椭圆高斯光束的平顶性,具有现实可行性。     

截断平顶光束的广义M2因子和相干模分解

针对Li提出的平顶光束的新描述模型，分别采用广义二阶矩方法和矩形函数的复高斯函数展 开方法，推导出平顶光束通过硬边光阑的广义光束传输M²因子和模相关系数的解析表 达式.以此为基础，对截断平顶光束的模相关、模结构以及相干模分解进行了分析，建立了 截断平顶光束的相干模分解理论. 关键词： 截断平顶光束 2因子')" href="#">广义M²因子 模相关系数 相干模分解     

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法，建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义，推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论，给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式，并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明，该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.     

基于多模光纤的高斯光束平顶化整形技术

高功率平顶光束在激光加工领域具有广泛的应用。针对光束平顶化的问题,提出利用大芯径多模光纤对高斯光束整形的方法。采用RP Fiber Power建立高斯光束传输模型,仿真分析光纤内光束的传输及强度分布特性。研究结果表明,多模光纤对高斯光束具有整形作用。高斯光束经多模光纤传输后,传导模数量增加,能量由中心向径向移动,光束质量下降,能量分布趋于均匀化。光纤的芯径越大,传输长度越长,匀化效果越明显。采用D型纤芯结构,或凹面折射率分布光纤,均可快速匀化光束。     

平顶高斯光束的模相关系数和模分解理论

利用部分相干光理论,推导出柱坐标系下平顶高斯光束模相关系数的解析表达式,基于推导出的Ｍ＾２因子的推广公式,建立了平顶高斯光束的模分解理论。     

高斯与平顶光束纳秒脉冲激光物质蒸发烧蚀动力学仿真研究

基于建立的纳秒脉冲激光与金属铝相互作用的二维轴对称模型,仿真研究了光束整形对纳秒脉冲激光烧蚀金属铝过程中蒸发烧蚀动力学的影响.结果表明:等离子体屏蔽对靶材的烧蚀特性具有显著影响,屏蔽效应主要体现在脉冲的中后期.对于3种激光轮廓,高斯光束的屏蔽效果最强,随着整形后的平顶光束直径的增大,屏蔽效果逐渐减弱.平顶光束与高斯光束作用下,靶材温度的二维空间分布较为不同.高斯光束作用时,靶材中心最先升温,随后温度沿径向和轴向扩散.由于平顶光束的能量分布更加均匀,因此一定径向范围内的靶材同时升温.光束整形对靶材的蒸发烧蚀动力学影响较大.对于高斯光束,靶材中心先烧蚀,随后产生径向烧蚀.由于整形后平顶光束的能量密度降低,因此靶面蒸发时间较高斯光束延后,并且一定径向范围内的靶材同时发生蒸发烧蚀.3种激光轮廓下,靶材的蒸发烧蚀形貌与光束的强度分布类似,其中高斯光束的烧蚀坑呈中间深两边浅的特点,平顶光束的烧蚀坑较为平坦.     

横向激发线偏振高斯光束的非傍轴传输

文章提出一种横向激发的任意线偏振高斯光束,该光束场量的模与传统的任意线偏振高斯光束具有相同的模,在源场区,其满足自由空间无源场的场方程。同时利用瑞利—索末菲衍射积分对该高斯光束的非傍轴传输特性进行了解析研究,给出了空间光强分布、束腰和远场发散角的解析通式,发现该类光束的远场光强呈一平顶空心光束。     

使用离焦望远镜系统合成轴上平顶光束的一种新方法

提出了用平顶多高斯光束作为理想光束和使用离焦望远镜系统合成轴上平顶光束的一种新方法.在近轴近似下,基于柯林斯衍射积分公式推导出轴上光场和入射光场的解析表达式,并做了物理分析.光束阶数N,平顶长度参数L,平顶中心位置z_c和纵向中心空间频率S_c对轴上光强分布的影响用数值计算例做了说明.比较表明,该方法优于文献中使用矩形函数模拟理想光束合成轴上平顶光束的方法. 关键词： 轴上平顶光束 平顶多高斯光束 离焦望远镜系统 傅里叶变换     

基于自适应遗传算法部分相干光整形位相板的优化设计

基于自适应遗传算法,对部分相干光整形的相位板做了优化设计.以高斯-谢尔模型(GSM)光束为例,推导出远场光强的解析表达式.最优化设计的位相板能将GSM光束变为平顶光束.数值计算例表明空间相干性对光束整形效果的影响.与已有工作相比较说明自适应遗传算法用于部分相干光整形的优点. 关键词： 自适应遗传算法 光束整形 部分相干光 位相板     

Automatic optimization design of Gaussian beam shaping system by using ZEMAX software

This paper studies the method of automatic optimization design of Gaussian beam shaping. Firstly, the principle of Gaussian beam shaping was studied theoretically and the flattened Lorentzian function (FL) is chosen as the distribution of flattened beam. The mapping function of arbitrary ray in incident plane and image plane was deduced based on the law of conservation of energy. And then, according to the characteristics of this system, Zemax programming language (ZPL) was used to compile ZPL macro orders to optimize the Gaussian beam shaping automatically. Finally, optical analyzing software was used to test the aspheric lens system. The method is not only simple but also practical with high efficient energy conversion and significant engineering application value.     

Beam Shaping Optics for YAG Laser Processing Fabricated by Computerized Numerical Control Lathe

A method for a beam shaping optics is proposed to convert a laser beam profile into arbitrary required intensity distribution. Surface profile of the beam shaping optics is designed by using Snell's law to convert the required intensity distribution at the beam irradiation plane from the input intensity distribution. A computerized numerical control (CNC) lathe is employed to fabricate the beam shaping optics, and acrylic resin is used for the material. The acrylic resin plate is cut by a ball type of grinding wheel tool consisted on diamond powder and polished by a cone type felt buff with alumina ceramics powder. The CNC lathe is powerful tool to control the position of these tools. The fabricated beam shaping optics is aspheric shape with 4 mm of thickness and it works to convert the intensity distribution of multi-mode beam profile with 13 mm of diameter into a flat top cylinder with 1 mm of diameter. A working distance of the beam shaping optics is 60 mm, and its transmittance is over 98%. It succeeds to fabricate uniform melting mark of 0.6 mm diameter on a steel target by the YAG laser process.     

等束腰宽度超短脉冲光束传输的脉冲修正方法

利用角谱分析和傅里叶变换的方法,得到一种描述几个周期的等束腰宽度脉冲光束传输的脉冲修正方法。以准单色光束传输的结果为出发点,通过对准单色光束的解进行泰勒级数展开,得到了一种相对简单的修正方法,可以精确的描述具有任意时间波形和横向光束分布的不短于一个周期的超短脉冲光束的传输行为。给出等束腰宽度超短脉冲的近似解,具体研究高斯脉冲光束的传输特性,分析几种不同的频谱对脉冲光束传输行为的影响。     

Light Pipe Line Beam Shaper

A light pipe based laser beam shaper is proposed as a low loss approach to transfer a Gaussian laser beam into a long line beam with uniform distribution along the line direction for the applications of illumination or material processing. A telecentric relay optics has been used for solving the radiometric issues in the wide angle optics. In addition, the length of the light pipe is used as a parameter for manipulating irradiance distribution at the outlet to compensate for the non-uniformity resulting from the partial reflection at the optical interface in the relay optics, so as to achieve a highly uniform line beam at the target plane. The proposed scheme provides an economical and versatile solution for the wide angle beam shaping problem.     

椭圆平顶高斯光束及其传输特性

 用张量光学方法定义了三维不可分离变量的椭圆平顶高斯光束(EFGB),导出了这种光束经过非轴对称光学系统的传输公式及相应的张量ABCD定律, 并对EFGB经过自由空间的传输作了数值计算。结果表明, EFGB的传输特性依赖于阶次, 而且耦合EFGB的光强分布在传输过程中会发生旋转。     

飞秒平顶光束经微透镜阵列在熔融石英中的成丝及其超连续辐射

实验研究了平顶激光光束经微透镜阵列在熔融石英中成丝的演化以及超连续辐射的产生,并进一步与高斯光束的成丝和超连续辐射进行了对比研究.分别对这两种光束的多丝传输进行了横向和纵向成像.结果表明,使用平顶光束可以获得更为均匀的多丝分布,成丝的起点也更为一致;尤其重要的是,相对于高斯光束,平顶光束可以使用更高的入射激光脉冲能量而不会造成介质的损伤,从而可以获得更高脉冲能量和更高转换效率的超连续辐射.     

利用双折射透镜组实现激光束空间整形

为了提高惯性约束聚变高功率激光系统的整体效率和充分利用光能,需要将高斯分布的光束整形为空间均匀分布的平顶光束。本文从球面透镜的琼斯矩阵出发,利用光学传输矩阵对双折射透镜组空间光束整形系统进行了理论分析,数值模拟了整形效果,讨论了透镜组参量的选择以及中心加工厚度误差等因素带来的影响,并对该系统进行了实验研究。在实验中,利用该双折射透镜组整型系统实现了光束的均匀化输出。在神光Ⅱ第九路中,在近场静态工作条件下,可将光束填充因子从原来的66%提高到80%。     

基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

任意形状凸粗糙物体高斯光束相干散射研究

研究了任意形状凸粗糙物体对高斯光束的相干散射特性。由平面波谱展开法推导出粗糙面高斯波束散射场表达式．并根据物理光学近似和稳相法原理得到相干散射截面的理论公式。与平面波解不同的是,在公式中引入了波束因子这一表征波束作用的重要参量,该参量与束腰半径、束腰中心与物体中心距离和物体照射面积以及入射、散射方向有关。最后数值计算了1．06μm激光波束对粗糙球的散射,分析了波束因子．介电常量和极化状态对红外激光相干散射截面的影响,重点讨论了波束因子的变化规律。分析表明．当波束半径远大于物体尺寸时,波束入射的结果可退化到平面波情况。     

Analysis of factors affecting beam shaping quality of geometric steady-phase method based on SLM北大核心

基于几何稳相法求解调制相位,使用傅里叶透镜进行傅里叶变换,在后焦面处聚焦,得到对应的平顶光束,从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束,其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现,方形平顶光束受零级光影响均匀性较差,因此详细分析了零级光产生的原因,提出了有效的解决方法,并对实验结果中出现的零级光通过叠加闪耀光栅直接移除。实验结果表明:移除零级光后方形平顶光束的能量利用率为72.3%,光束均匀性高达97.2%,优于传统整形方法。最后进一步分析了全息图与入射光束偏移量、离焦以及入射光束束腰半径对几何稳相法整形质量的影响,为几何法光束整形的应用提供了便利。