卡赛格林望远系统与激光束参数的匹配

在共孔径卡塞格林望远镜系统中次镜遮拦造成了激光束能量的损耗，远场光斑扩展，降低了照射到目标位置处的激光功率密度，关于这方面已经有了一些相关的报道。发射的DPL激光束光强分布具有中心强边沿弱的类似高斯分布的特点，为了与卡赛格林系统匹配，实心光束需要扩束到合适的口径，并通过环形光阑变为环形分布才能耦合到望远镜发射出去。但是，光束扩束倍数与望远系统参数的匹配问题，还未见报道。为了提高激光的能量利用效率，提高目标位置处的功率密度，增加系统的有效作用距离，有必要研究发射系统的参数匹配问题。     

卡塞格林光学遥感系统的图像复原

卡塞格林光学遥感系统相当于一个望远系统和环形光阑的组合,无穷远物的夫琅禾费衍射谱是圆孔衍射和圆屏衍射共同作用的结果.由于系统次镜中心遮拦的影响,损失了一部分衍射谱,造成了系统调制传递函数(MTF)在中频段的下降,影响了成像质量.设计了一个2 m焦距的改进型卡塞格林光学系统.为了弥补系统成像质量的损失,运用调制传递函数补...     

复合式无遮拦激光扩束器的设计

为满足大功率激光发射的要求,提出研制一种基于卡塞格林系统的大口径激光发射的复合式无遮拦激光扩束器,消除卡塞格林系统中心遮拦,提高激光发射效率。依据卡塞格林系统原理及其结构特征,结合伽利略折射式扩束器的特点,设计一种发射口径为550 mm的复合式无遮拦激光扩束器,采用反射式扩束器和折射式扩束器结合的方式,在卡塞格林次镜中心开通孔,使中心被遮拦激光透过。后接伽利略式折射扩束器,对中心透过光束进行扩束,两光束共轴发射。对设计的新型复合扩束器进行激光透过率实验,实验结果表明,对于波长10.6μm激光,透过率大于95.21%,比传统卡塞格林扩束器提高22.12%。     

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.     

近top-hat光束Z扫描理论分析

利用快速Hankel变换的方法，对薄介质的Z扫描进行了理论分析。讨论了近top-hat光束 Z扫描曲线的特征，分析了闭孔近top-hat光束下限制光阑半径与光束扩束半径之比（光 阑束腰比）对归一化透射率的影响，通过理论分析，给出了获得最佳测量灵敏度的光阑束腰 比值.在最佳灵敏度的实验配置下分析了远场光阑的大小对归一化透射率的影响. 关键词： 高精度快速Hankel变换 近top-hat光束 Gaussian光束 Z扫描     

经光阑衍射的高阶贝塞耳光束位相奇点演化特性

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式,用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒,但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化,圆刃型位错会消失或产生.     

非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输特性研究

利用矢量Rayleigh积分公式研究了非傍轴高斯光束通过方环硬边光阑的传输,得到了衍射场分布的解析表达式.和傍轴传输相比较,该结果具有更广泛的适用性.以桶中功率为光束质量评价函数,讨论了遮拦比、截断参数对远场光束质量的影响.结果表明,环形光阑的尺寸决定着非傍轴光束远场能量分布的集中程度,截断参数和遮拦比的增大都会导致非傍轴高斯光束衍射效应增强,从而远场能量发散.     

多阵元光纤相干列阵的理论与实验研究

基于Fraunhofer衍射理论,建立了六角形相干列阵远场分布的理论模型,采用Strehl比和能量集中度作为评价参数,分析了列阵排列方式、振幅、填充因子对远场分布的影响.并由爬山法相位控制技术和六棱台合束器,构建了七阵元光纤相干列阵实验系统.在066填充因子情况下,获得了Strehl比为070、能量集中度为040七阵元合成光束,以及获得了能量集中度分别为045和018的二阵元线阵和四阵元矩形阵合成光束. 关键词： 相干合成 填充因子 能量集中度 Strehl比     

光束通过含环形光阑的光学系统的传输特性研究

采用将环形光阑的窗口函数展开的傅里叶级数与复高斯函数的乘积的方法,推导出平面波经过含环形光阑光学系统的近似解析传输公式。利用该公式对光束通过含环形光阑的光学系统的传输进行了数值模拟,计算并分析了不同遮拦比下轴上光强分布和横向光强分布的特点。结果表明：轴上光强分布和横向光强分布与环形光阑的遮拦比有关。该研究方法和结果可推广到其他光阑,对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值。     

基于同心环带型渐变衰减片高斯光束匀化研究

中心波长为1064nm的激光光束,经准直扩束光学系统后,其光强仍呈类高斯分布。为了对其进行整形匀化研究,根据光阑法与激光光强分布曲线设计一种渐变衰减片,衰减片结构由若干遮光环与透光环组成,对激光光束进行物理遮拦,达到了降低该激光能量不均匀性的目的。利用MATLAB计算各遮光环带的半径,利用Zemax模拟衰减片作用于激光时的非相干辐照度结果,仿真结果表明,衰减片能够降低激光的能量不均匀性。在改进的扩束系统中加入衰减片,测得激光能量不均匀性为9.31%。测量结果表明,基于光阑法设计的同心环带型渐变衰减片对降低激光能量不均匀性有效,具有一定的工程参考意义。     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

The on-axis average intensity for Gaussian beam excitation limited by an annular aperture in turbulent atmosphere

Starting with a Gaussian beam excitation limited by an annular aperture, the on-axis average intensity is presented in turbulent atmosphere. The on-axis average intensity profile is evaluated by altering the outer and inner radius of an annular aperture, the propagation distance and wavelength. The results show that the outer radius of an annular aperture within a certain size impacts the on-axis intensity distributions. When the propagation distance or the outer radius of an annular aperture is large enough, the on-axis average intensity distributions is not affected by the size of the annular aperture. By calculation and analyses, the variation of the inner radius of the annular aperture and the wavelength of the Gaussian beam that impact on the axial average intensity distributions is also discussed.     

环形孔径高斯光束的远场特性

 讨论了环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布,并给出了拟合表达式。首先推导了光束没有抖动时远场光斑的光能分布表达式,然后研究了各种不同中心遮拦和不同光束截断比, 在有以及没有激光束抖动的情况下,对高斯光束的远场环围能量的分布变化的影响。     

非均匀偏振光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性

借助于光束相干偏振矩阵和广义惠更斯－菲涅耳衍射积分公式,研究了非均匀偏振(NUP)光束通过环状光阑像散透镜的聚焦特性,并将圆孔光阑作为环状光阑内径为零的特例处理.数值计算结果表明,实际焦点位置、光强和偏振度分布与透镜的像散、环状光阑的菲涅耳数和遮拦比以及NUP光束参量有关.     

高能激光大气传输的仿真实验研究

 对高能激光在大气中传输时产生的热晕效应及其相位补偿进行了室内仿真实验测量,获得了自适应光学系统开闭环时用来衡量光束传输效果参量（如远场的光斑图像、质心漂移、二阶矩半径、及Strehl比等）。结果表明,Bradley-Hermann热畸变参数在300范围内,自适应光学系统相位补偿效果显著,Strehl比基本大于0.4。然而随着热畸变效应的进一步加强,出现相位补偿不稳定性现象,补偿效果变差。另外,对自适应光学系统开闭环时的实验结果分别与薄透镜近似分析理论及几何光学近似理论作了比较。比较结果表明:薄透镜近似理论与未补偿时的实验结果吻合较好,而几何光学近似理论与补偿后的实验结果存在较大的偏差。     

Bessel光束经椭圆环形孔径后的衍射光场

基于菲涅耳衍射积分理论及硬边孔径的复高斯函数展开法导出了Bessel光束经椭圆环形孔径后的光场表达式, 数值模拟了其光场的强度分布. 研究了Bessel光束经椭圆环形孔径后的光场变化及其传播过程; 在实验上利用轴棱锥输出的近似无衍射Bessel光, 通过椭圆环形孔径, 使用电荷耦合器件拍摄得到不同传播距离处的光强分布. 理论结果和实验结果均表明无衍射光束经椭圆环形孔径后会产生空心光束.     

Propagation properties of the beam generated by Gaussian mirror resonator passing through a paraxial ABCD optical system

By expanding a hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, approximate propagation formula is derived in the situation that the beam generated by Gaussian mirror resonator passes through a paraxial ABCD optical system with an annular aperture. The corresponding forms for a circular aperture and a circular black screen are also given. Some numerical simulations are shown to illustrate propagation properties and focusing properties of the beam passing through a paraxial ABCD optical system with the three different kinds of aperture.     

Focal depth extending using rotational symmetric pupil masks

Optical systems are analyzed with three kinds of rotational symmetric pupil masks: annular Gaussian ring mask, supergaussian ring mask, and quartic phase mask. In these masks, the quartic phase mask is found to be the best one to extend focal depth. Point spread function (PSF) and Strehl ratio (SR) are used to evaluate the imaging quality of the system with different defocus parameters. Without decoding needed, the focal depth of the system with quartic phase mask is four times as deep as aberration-free system. Different from the others, it suffers no obvious loss in the light throughput and lateral resolution.With twice focal depth extension, supergaussian ring mask suffers less loss in light throughput and lateral resolution than annular Gaussian ring mask.