带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.     

带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯 菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.     

轴棱锥产生无衍射光束自再现特性的几何光学分析

由几何光学方法分析轴棱锥产生无衍射光束自再现特性,很好地解释了无衍射光束自再现的形成原理.在菲涅耳近似条件下,利用菲涅耳衍射理论可以对光传输进行很好地描述;而光束经过障碍物后的很小距离内,菲涅耳衍射近似条件已不满足,衍射理论不再适合描述光束的传输特性,这时可以利用几何光学分析光束传输特性.首先从几何光学角度对轴棱锥产生无衍射光束的自再现特性进行了详细的描述,并对光束传输进行仿真,最后通过实验验证轴棱锥产生无衍射光束的自再现特性,实验结果与理论分析相符合. 关键词： 无衍射光束 几何光学 轴棱锥 自再现     

非稳定光腔模式的几何光学分析

一、引 言 与稳定腔不同,几何光学对非稳定腔的作用十分重大[1].整个非稳定腔的几何光学理论建立在A.E.Siegman于1965年提出的假定[2]的基础上.该假定认为,非稳定腔的基模是由位于腔轴上且互为映象的两个中心所发出的均匀点光束所构成.可是模为什么一定是点光束,发光中心为什么     

新型棱镜产生近似无衍射线结构光

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

基于同步多曲面法的发光二极管机器视觉照明设计

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

非稳腔模式计算中Colins公式适用性的分析

Ｃｏｌｉｎｓ公式将几何光学和波动光学联系在一起，能以简单的形式描述相干光在复杂光学系统中的传输，但忽略了光学系统中一些光学元件的衍射损耗。当Ｃｏｌｉｎｓ公式用于激光谐振腔的本征模式计算时，其适用程度与被忽略腔镜的有效菲涅尔数有关。本文用数值方法求解了两组谐振腔本征积分方程，一组应用Ｃｏｌｉｎｓ公司推导，另一组用菲涅尔－惠更斯衍射积分推导，结果表明：对稳定腔Ｃｏｌｉｎｓ公式基本适用；对非稳腔，当被忽略腔镜的有效菲涅尔数＞１时，原则上可以用，当被忽略腔镜的有效菲涅尔数＜１时不适用；对有源非稳腔基本适用。     

环状输出UR90束旋转非稳腔的实验研究

 提出一种适合于高功率超音速横流氧碘化学激光器的环状输出的UR90束转非稳腔,采用FFT 方法模拟了具有非均匀分布的小信号增益时最低阶模的光场强度分布。利用大口径铜蒸汽激光器, 通过实验研究了在放大倍率为1.21和1.13的情况下,环状输出UR90腔正向模与反向模的基本特性, 得到较好的实验结果。     

具有侧反射面的光学谐振腔(Ⅱ)——对称球面谐振腔

本文用准几何近似,对具有侧反射面的对称球面谐振控进行了分析,给出了行射损失和模场分布的近似解析表达式.第一次发现具有侧反射面不稳定腔的损耗随费涅耳数N呈周期性变化.     

非稳腔输出环状激光束的传输特性

本文从菲涅耳衍射积分公式出发研究了激光器非稳腔输出环状光束在空间的传输规律.由轴上光强的极值点位置给出了划分非稳腔传输空间的近场、中场和远场区域公式.理论计算结果表明,非稳腔输出端环状光束在中场区域激光能量逐渐向轴心方向转移,而在远场变为爱里型圆盘状光束的过程.在非稳腔脉冲TEA CO_2激光器上测得的实验结果与理论计算结果很好地符合.     

90°束转动环形非稳腔模场数值分析

用矩阵方法导出了ＵＲ９０（ｕｎｓｔａｂｌｅｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｗｉｔｈ９００１６７ｂｅａｍｒｏｔａｔｉｏｎ）环形非稳腔的衍射积分方程，获得了腔的等价菲涅耳数Ｎｅｑ的关系公式，分析了反向模的抑制方法并给出反向模抑制镜的曲率半径，通过数值计算的方法阐明了腔模本征值与放大因子Ｍ的变化关系，当腔的放大因子Ｍ＝１．２时，得到了腔的模场分布曲线。     

基于轴棱锥产生近似无衍射Mathieu光束的新方法

提出了一种基于轴棱锥产生零阶近似无衍射Mathieu光束的新方法,利用轴棱锥聚焦具有椭圆高斯振幅调制的平面波,得到近似零阶无衍射Mathieu光束.根据椭圆高斯平面波经轴棱锥衍射的衍射积分公式,对光强分布进行了数值模拟,依据几何光学模型计算了近似无衍射Mathieu光束的最大无衍射距离,并设计了实验对理论模拟的结果进行了验证.实验采用柱透镜和准直扩束系统变换圆高斯光束产生具有椭圆高斯振幅调制的平面波,用轴棱锥聚焦该平面波后得到近似无衍射Mathieu光束,实验结果与理论模拟和计算相符.     

90°束旋转环形非稳腔几何特性分析

分析了ＵＲ９０环形非稳腔（ＵｎｓｔａｂｌｅＲｅｓｏｎａｔｏｒｓｗｉｔｈ９０°ＢｅａｍＲｏｔａｔｉｏｎ）正向模和反向模的几何特性，讨论了反向模无阻挡时的振荡条件，并导出了理想ＵＲ９０环形非稳腔的光线追述方程，考查了此腔对激光增益介质的空间自平均效应。     

激光间接驱动聚变柱形靶腔内光束传输研究

应用衍射积分理论, 对激光在间接驱动聚变柱形靶腔内的传输特性进行了研究, 给出了柱形腔靶注入孔以及内壁上的光强分布, 并与几何光学方法所得结果进行比较, 得出几何光学方法的适用条件。     

圆形高斯镜平凹腔腔镜倾斜时光场模式分析

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了谐振腔在理想情况和高斯反射率平面输出镜倾斜情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明,腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移,而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变,不再是对称的拉盖尔-高斯基模分布。基模本征值随倾斜角增大而变小,光束远场分布变差。减小高斯分布反射率的膜斑半径,则能减弱因倾斜引起的模式畸变。     

激光间接驱动聚变柱形靶腔内光束传输研究

 应用衍射积分理论, 对激光在间接驱动聚变柱形靶腔内的传输特性进行了研究, 给出了柱形腔靶注入孔以及内壁上的光强分布, 并与几何光学方法所得结果进行比较, 得出几何光学方法的适用条件。     

非热稳定非稳腔固体激光理论分析与实验研究

建立了包括非热稳定热力学模型、光学传输模型、能量转换模型及非稳腔模型的综合理论分析平台。理论分析得到以下主要结论:谐振腔长度变化对光束质量及光光效率的影响不大,对于给定的增益,激光最佳效率和光束质量分别对应不同的非稳腔放大率。提出非稳腔腔内相位板补偿介质静态畸变提高光束质量的技术措施,并开展实验验证,光束质量由补偿前的5.48倍衍射极限提升到补偿后的2.46倍,输出功率为12.1kW。     

稳定谐振腔中横模特性的准几何近似的适用性研究(Ⅰ)——G_1=G_2=0.5

本文比较了用准几何近似与用矩阵理论(严格衍射理论),两种方法计算所得的光学谐振腔TEM_(pl)模的损耗和相移,并研究了它们相互间的关系。得出结论:(1)两种方法所计得的相移之差与衍射损耗的关系近似于指数关系;(2)当衍射损耗大于20％时,有可能导致准几何近似中模简并关系的明显破坏,从而可能引起共振频率的分裂;(3)两种方法所得出的横模损耗间有斜率约为0.36的线性关系。以上结论,在菲涅耳数N大于2时,基本上与N,l,p值无关。 上述讨论是对G_1=G_2=0.5的轴对称稳定腔中损耗小于99％的各阶横模得出的。     

激光器腔的失调与光束质量

本文第一部分介绍了实际激光器由于腔镜失调引起的光束质量下降:空间强度分布不对称与谱线加宽等实验结果;第二部分给出了失调腔的横向本征模所满足的积分方程,并对实验结果给予讨论.     

圆镜共焦腔激光横模的传输矩阵法模拟和分析

共焦腔是一般稳定腔的特例,由于等价性,共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。为了分析具有大菲涅尔数的圆镜共焦腔,本文利用传输矩阵方法对腔模进行计算和讨论。研究结果表明:传输矩阵方法的结果与Fox-Li积分迭代法的结果一致,并且传输矩阵方法实用于大菲涅尔数共焦腔。