基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统设计

为真实模拟实弹射击场景,降低军事射击训练成本,设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束,将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩,实现极小发散角光束出射,提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为15 mrad,出射光斑直径0.3 mm,激光扩束倍率300倍,系统出射光束发散角达0.035mrad。距光学系统出光口1 km位置,激光光斑直径约为120 mm,可满足千米射击训练要求,突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为364mm,结构简单,利于工程化,应用前景广阔。     

漂移量反馈控制式激光准直方法

提出一种集光纤准直与光束漂移量反馈控制准直技术于一体的激光光束准直方法 ,它是在单模光纤对激光器出射光束漂移量进行初级准直的基础上 ,进一步对光束的漂移量进行反馈控制 ,进而提高出射光束的方向稳定性。准直系统中利用漂移量分离光路和光电检测系统对光束的平漂量和角漂量进行了分离检测 ,并各自构成相应的光束空间平漂量反馈控制系统和光束空间角漂量反馈控制系统 ,减小了平漂量和角漂量反馈控制中的相互耦合。引入单模光纤使激光器与光束漂移量反馈控制准直系统相隔离 ,减小了激光管热源温度变化等因素对准直系统的影响 ,同时还便于准直系统使用中的安装布置。上述方法的应用 ,提高了准直精度及准直效率。实验表明目前该方法准直精度可达 0 .7× 10 -7rad。     

激光光束指向稳定性的测量

光束指向的精确测定技术是光路自准直系统的重要基础技术.本文给出了激光光束指向稳定性的测量方法,利用图像采集卡、CCD相机和自主研发的图像处理软件,对静态光斑及连续He-Ne激光器的输出激光束指向偏差进行实验检测.结果表明:给出的测量系统光束指向角度的测量精度接近1μrad.     

用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性

报导用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性的实验结果。系统由计算机控制，可同时显示远场光斑形状及强度分布。测量He-Ne激光器、半导体激光器及氩离子激光器指向稳定性及激光束输出强度的稳定性。     

CW-COIL激光束漂移和光斑的诊断

 利用光斑动态分析仪测试技术，对连续波氧碘化学激光器输出的光束不稳定性进行定量诊断，其中包括光束的漂移、低频抖动、光强分布、光斑直径随时间的变化等内容，并初步分析了激光输出不稳定的原因。诊断的结果为激光器的稳定输出及激光—材料实验研究提供了依据。     

工作距离可调的激光显微操纵器光学系统设计

考虑传统激光显微操纵器的缺点，采用反射式结构设计了新的激光显微操纵器，以提高激光显微操纵器输出光斑的质量。用He-Ne激光作为指示光束，CO2激光作为工作光束，对两种光斑的重合性、光斑大小进行了优化设计；利用ZEMAX软件中多重结构的功能使系统设计满足200～400 mm工作距离可调的要求。对设计的系统进行了实验，给出了光学系统图、能量图及点列图表。实验结果表明，在规定的工作距离内，系统的光斑重合性，光束均匀性、稳定性及可靠性等方面均有了很大提高。该激光显微操纵器与手术显微镜结合，有术野清晰，操作安全的特点，可满足医疗的长期使用要求。     

基于LD激发荧光粉白光光源的窄光束照明光学系统设计

蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速，但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大，使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差，难以实现大规模推广应用。针对该问题，设计了一款高质量激光照明光学系统，基于蒙特卡洛光线追踪理论，对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计，使得整体光源模块各元件得到最佳整合，最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明:激光光源的光收集率达98.3%，激光光斑的不均匀度为1.7%，白光均匀度为98%，光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。     

高光束质量、高功率稳定性激光器的设计及实验研究

高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.     

海面大气边界层中聚焦光束漂移各向异性的实验研究

 利用位置敏感型光电倍增管（PSPMT），设计了测量聚焦光束漂移的实验装置。该装置在80 mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测，空间分辨率可达1 mm，明显优于四象限探测器和阵列探测器，最高采样频率可达80 kHz，且动态范围很大，优于一般的成像器件。在近海岸海面上5 m处的大气边界层中进行了距离为1 000 m的聚焦激光传输实验。测量结果表明：聚焦光斑的质心漂移具有各向异性，水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61 mm和14.83 mm之间，垂直方向光斑漂移幅度介于3.54 mm和7.3 mm之间，两者之比的平均值为1.69；水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度（PSD）在低频段也存在差异，垂直方向光斑漂移的PSD比水平方向光斑漂移的PSD下降速率更快。     

射频板条CO2激光器输出光束的光学变换

射频激励板条CO2激光器输出激光近场光斑近似为一条线,远场光斑为O形图样。在垂直于光束传输方向的平面内,光束在一个方向发散很大,无法用于激光加工。根据激光器不同的激光功率级别及光束尺寸,分别采用了圆柱面镜、滤波光阑、扩束望远镜等不同组合的方法,将200 W激光器输出光束变换成远场光束为Φ6、近似TEM00模的圆形光束,500 W激光器远场光束为Φ10的低阶模的圆形光束。成功用于激光切割。     

Output beam analysis of high power COIL

As the output power of a chemical oxygen iodine laser (COIL) increases, the output laser beam instability appears as the far-field beam spot drift and deformation for the large Presnel number unstable resonator. In order to interpret this phenomenon, an output beam mode simulation code was developed with the fast Fourier transform method. The calculation results show that the presence of the nonuniform gain in COIL produces a skewed output intensity distribution, which causes the mirror tilt and bulge due to the thermal expansion. With the output power of COIL increases, the mirror surfaces, especially the back surface of the scraper mirror, absorb more and more heat, which causes the drift and deformation of far field beam spot seriously. The initial misalignment direction is an important factor for the far field beam spot drifting and deformation.     

高能激光束自动对准和稳定系统的结构设计

介绍了一种用于两个光学平台之间光轴自动对准和稳定光束的设计方案。以可绕ｘ,ｙ,ｚ三个方向转动的导光管为单元,组成导光臂连接两个光学平台,消除两个平台之间相对运动产生的光轴对接偏差。用压电陶瓷驱动的倾斜镜作光束稳定元件,消除光束自身的漂移和平台间高频振动产生的光轴偏差。     

Output beam drift and deformation in high-power COIL

During the operation of a chemical oxygen iodine laser (COIL) with an unstable resonator of a large Fresnel number, as the output power increases, an instability of the output laser beam will appear, behaving mainly as far-field beam spot drift and deformation. In order to interpret this phenomenon, thermal expansion analysis on the scraper with finite element analysis method and a simulation of the output beam mode of this kind of laser by the method of Fast Fourier Transform were developed. From the experimental measurement and the calculation, we proposed that the presence of the nonuniform temperature distribution of scraper causes the front surface of the scraper to tilt and bulge due to thermal expansion. As the output power is increasing, all the mirror surfaces, especially the scraper's, will absorb more and more heat, causing thermal expansion of the mirror front surface to occur more seriously, thus resulting in the tilting and deformation of the far-field beam spot. The initial misalignment of the direction is also an important factor leading to the far-field beam spot drift and deformation.     

激光光束实时监测与自动准直系统设计

设计了一个激光光斑实时监测与光路自动准直装置,能够实时监测激光光斑并自动准商激光输出方向.基于透镜成像原理,使用CCD探测器获得光斑的二维成像,并根据两点确定一条直线原理和使用压电陶瓷电动调整架实现光路自动准直;监测控制程序采用虚拟仪器开发软件Lab View编写,可以实时监测激光光斑模式与光斑位置抖动情况,并进行反馈控制.经测试,设计装置的调整精度达0.5μrad,反馈控制频率约1 Hz,完全可降低或消除抖动周期在1 s以上的光斑飘移.     

多谱线He-Ne激光器中棱镜组件的热变形研究

拉曼散射分析通常使用多谱线He-Ne激光器作为光源。通过建立多谱线He-Ne激光器腔内棱镜组件的有限元模型,并进行热变形分析,得到了棱镜组件的热变形位移结果。讨论了在棱镜角度改变时多谱线He-Ne激光器输出谱线的变化情况,通过实验进一步验证了仿真结果的准确性。结果表明:多谱线He-Ne激光器长时间工作会使温度升高,严重影响其腔内棱镜的偏转角度,使得其输出谱线发生一定的漂移。当腔内温度继续升高到一定值时会导致激光器不出光,此时,应当采取散热装置或者温度控制措施。     

Speckle analysis in laser scanning display system

The theory of speckle formation in laser scanning display system is established based on the averaging effect of eye response as laser beam scanning through an eye resolution spot. It is analyzed that speckle reduction can be obtained by averaging states of speckle during scanning. The theoretical results show that a smaller correlation length of screen surface and the narrowing of laser beam in scanning direction can reduce speckle contrast for this system.     

抑制大型折叠腔结构光斑抖动技术的研究

针对光腔镜盒的真空变形和振动对精密光学系统的影响,分析了传统刚性连接的光学调整架平台以及球关节连接结构在减振降噪设计的不足,从支撑和柔性密封连接的角度,设计了隔离振动和光腔镜盒真空变形的精密光学调整架平台,对应用于大型折叠腔的双层光学调整架平台的动力学特性进行ANSYS仿真,并完成了光斑抖动验证实验。结果显示框架式双层光学调整架平台的第一阶弹性体频率可达到126.5,172.3Hz,很好地满足折叠腔光学调整架平台的使用要求;应用在大型折叠腔,抽真空试验前后He-Ne导引光输出光斑位置无变化,形状变化很小,出光过程中输出抖动角均方根值为3.73″,隔离振动传递效果明显。