激光束低频位相误差叠加规律研究

 用随机位相屏模拟光学元件产生的低频位相误差，并用RMS位相梯度对低频位相误差进行统计量化，通过对激光束传输过程进行模拟，对低频位相误差的叠加规律有了新发现，并对位相误差叠加规律进行了修改，为位相校正提供了理论上的依据；通过对光束聚焦过程进行研究，得到了低频位相误差影响光束焦斑尺寸的初步规律；并在此基础上提出了一种光束质量控制的新方法。     

高功率激光传输过程中散射点对光束质量的影响

为了研究高功率激光传输过程中不透明颗粒引起的光束调制,通过分析这些不透明颗粒的形状和分布特点,建立了位置呈随机分布的高斯状散射点模型,从光束的衍射理论和干涉叠加理论出发,得到该模型下散射点对传输光束质量影响的解析式。数值分析了高斯状散射点的大小、密度、散射面积比及其传输距离对输出光束的近场分布、位相分布和光束透过率的影响,结果显示亚毫米量级散射点的衍射效应引起最大调制可达1．4,光学元件散射面积比小于0．003时才能满足元件透过率大于99．5％的需求。该结果可用于评价高功率激光装置光学元件的加工状况,并对光学元件加工要求和激光装置的洁净度要求有指导意义。     

位相畸变对强紫外激光在空气中长程传输的影响

 采用瞬态受激旋转拉曼散射（SRRS）模型，详细考虑了激光脉冲的位相变化、时间波形、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及初始的随机斯托克斯散射场等诸多因素，研究了空间位相畸变对空气中长程传输过程中产生的SRRS效应的影响。研究结果表明：位相畸变对阈值条件和时间特性影响较小，而对光束质量影响较为明显；随着位相畸变的增大，光束的能量分布变得极不均匀，光束的光强对比度也明显变大，从而使激光光束质量变差，而且当传输距离达到阈值条件后，随着传输距离的增加，光束质量将进一步变差。     

利用受激布里渊散射改善偏振抽取腔光束质量的研究

在理论上分析了受激布里渊散射相位共轭效应和阈值效应对后向受激布里渊散射光束发散角的影响。在实验上，用受激布里渊散射相位共轭镜（SBS PCM）代替普通反射镜构成Nd:YAG激光器的偏振抽取腔，补偿了激活介质和光学元件造成的波前畸变，压缩了发散角，改善了光束质量。研究了抽运能量、透镜焦距等因素对受激布里渊散射偏振抽取腔输出光光束质量的影响。     

强激光对传输光学元件热效应的数值模拟研究

强激光通过反射镜、窗口等光学元件传输过程中，光学材料对激光会有微弱的吸收，由此引起光学元件的热畸变，影响传输效率和远场能量集中度。基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程，研究了波长1.315μm非对称环形强激光束辐照下硅反射镜、白宝石窗口的温度、变形和应力的分布规律，特别研究了激光强度、激光输出时间、光束遮拦比、光强分布的空间梯度等对元件热效应的影响；还研究了波长3．8μm非对称空心矩形激光束辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。计算了变形对光束波前位相和光束质量的影响。     

基于Harvey-Shack表面散射理论的光学误差测量

基于散射理论,不同频段的光学表面制造误差会对光学性能产生不同的影响,而常用的光学设计软件一般没有考虑。为此利用小波变换对误差进行了频段分割;然后基于Harvey-Shack表面散射理论,从频段误差的角度对光学表面的光学性能进行了评价,同时基于小波变换的特点,当光学性能不满足要求时,找到了需重点控制的频段误差在光学表面发生的区域,从而对下一步的加工进行指导。最后以一块口径500 mm的大镜实测数据及设计要求"在0.33 mrad内环绕能量大于70%"进行了实验验证。结果表明,利用此方法能有效的建立"表面频段误差光学评价光学加工"三者之间的联系。     

光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响

衍射光学元件（DOE）对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型（GSM）光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M2因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。     

一种用于光束整形的衍射光学元件设计算法

在光束整形衍射光学元件的设计中,为同时减小输出光束的均方根误差和顶部不均匀度值,提出了模糊控制迭代算法(IAFC)。在盖师贝格-撒克斯通(Gerchberg-Saxton,G-S)算法的基础上,提出了平滑修正法,可有效改善输出光束的顶部均匀度,但却增大了均方根误差值。模糊控制迭代算法依据模糊控制理论,通过有效结合盖师贝格-撒克斯通算法和平滑修正法来同时降低均方根误差和顶部不均匀度值。计算机设计的结果表明,利用模糊控制迭代算法可以得到非常理想的输出光束,其均方根误差和顶部不均匀度值分别为0.75%和0.46%,能量转换效率可达94.91%。为光束整形衍射光学元件的设计提供了一种有效的新算法。     

泵浦光束质量对受激拉曼散射的影响

主要讨论泵浦光束质量对低气压拉曼种子源特性的影响。文中给出了一阶斯托克斯光泵浦阈值、输出能量和光束质量的实验数据。用Ｍ＾２因子分析了泵浦光和一阶斯托克斯光的光束质量。根据考虑泵浦聚焦和泵浦光束质量影响的近似拉曼散射理论计算了泵浦阈值的理论曲线，并与实验数据和有关文献进行了比较。     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

时间位相调制对高强度三次谐波转换的影响

在惯性约束聚变研究中,为了利用光谱色散进行光束匀滑以及抑制KDP晶体等大口径光学元件中的横向受激布里渊散射,通常需要对激光脉冲进行时间位相调制.详细讨论了高功率条件下KDP晶体Ⅰ/Ⅱ角度失谐三倍频方案中,时间位相调制对三次谐波转换效率和脉冲频谱的影响.研究结果表明,时间位相调制会导致三次谐波转换效率明显下降.     

《应用光学》一九八七年总目录

幼挑开发光产品发展光产业论光电对抗在作战中的地位及其对策炮兵战场目标侦察、观瞄与作战指挥系统的发展2乡5,6,光学设计光学测距机测距误差评定工程激光机外光路的一种设计方法曲面全息光学元件成象特性初步分析利用振幅和位相的线性近似计算光学衍射积分在球形梯度折射率条件下的光学设计透镜自动设计中的加速收敛变焦透镜系统非均匀媒质透镜中的高斯光学-用位相共扼修正波前畸变的理论轮胎镜细光束弧矢焦点的计算公式光学系统球面偏心对成象位置的影响关于格列高利型双球面反射镜系统光栅的几何不变性衍射受限光学系统有限大小目标多谱…     

激光能量叠加过程中对准精度对焦斑的影响

利用多光束激光输出耦合叠加是一种提高激光器输出功率的有效方法。采用两束矩形激光对准系统,分析两光束不同对准情况下的焦斑特性。完全对准的情况下,两束光的远场焦斑重合在一起,焦斑能量是两光束能量之和。在实际光束对准系统中,讨论了三种常见的对准误差,并比较了这些误差对焦斑特性的影响。利用ZEMAX软件对设计系统进行了模拟分析,并进行了实验验证。结果表明,元件的位置误差会使远场焦斑能量集中度降低,焦斑半径增大。     

基于多层膜偏振元件的同步辐射光束线偏振特性测量研究

利用自行研制的同步辐射软X射线多层膜综合偏振测量装置, 对北京同步辐射装置(BSRF)的3W1B软X射线光束线的偏振特性进行了系统的研究. 给出了多层膜偏振元件起偏前后的测量结果, 测量能量为206eV时, 经反射镜、光栅等光束线光学元件后输出的线偏振度(起偏前)为0.585, 经多层膜偏振元件起偏后输出光的 线偏振度达到0.995.     

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.     

超细激光束准直器设计的新数学模型

为了获取长距离超细激光束，采用几何能量守恒法设计出一种衍射光学元件，推导出高斯光入射时衍射光学元件位相函数。根据建立的数学模型，设计超细激光束准直器，并模拟高斯光入射时出射激光束的光斑形状及光强分布，最后计算了能量利用率。     

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.     

四程放大激光系统输出能量稳定性研究

 根据原型装置主放大系统组合式四程放大结构的特点，计算分析了放大过程中注入能量、放大增益及损耗的微小起伏对系统输出能量稳定性的影响。根据原型装置集成实验结果，分析了目前原型装置单路输出能量稳定性水平。研究结果表明：注入能量越大，其变化对输出能量影响越小；小信号增益系数对输出能量的影响明显大于注入能量；系统输出能量稳定性对腔内光学元件的透过率变化要求高于腔外光学元件。在3 ns基频光输出达标点处要使输出能量不稳定性控制在5%以内，注入能量起伏要低于10%，腔内放大片小信号增益系数起伏要低于1%，腔内光学系统损耗起伏要低于2%。     

应用于光束均匀化整形的SAGAGD算法

 分析了模拟退火算法、基因算法、梯度下降法的主要步骤和应用中的优劣，将这三种方法加以综合运用于纯位相元件的优化设计以实现光束均匀化，结果表明，该算法对于设计位相光学元件是十分有效的。     

带受激布里渊散射池的位相共轭激光器输出的空间特性

本文应用传输矩阵的方法对受激布里渊散射位相共轭腔输出的空间特性进行了分析及编程计算，给出了各种参数下受激布里渊散射－位相共轭腔的传输光束轮廓图，同时给出了实验结果与之相比较，提出了设计受激布里渊散射共轭腔时应注意的问题及几种实用的受激布里渊散射位相共轭腔的腔型。