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。     

单模及多模光纤折射率分布测量方法研究

通过对几种单模及多模光纤折射率分布测量方法的分析研究，得到单模光纤与多模光纤折射率分布测量方法的根本区别。由于单模光纤芯径比较小，因而只能用波动理论分析其传输机理，其中的远场法和近场法测量都是基于标量亥姆霍兹波动方程，即以单模光纤的基本传输理论进行测量；而多模光纤由于其芯径比较大，故而用射线理论分析其传输原理较为合理。多模光纤的折射近场法和近场扫描法均是以纤芯半径处数值孔径不同，对应的折射模和传导模不同为依据来进行测量的。     

高阶模高斯光束整形方法研究

研究了高阶模高斯光束的整形方法.在高阶模高斯光束和平顶光束理论模型的基础上,分别选择了平项洛仑兹函数和费米狄拉克函数作为平顶光分布函数,利用能量守恒定律,分别推导针对拉盖尔-高斯光束和厄米特-高斯光束整形系统中入射光与出射光的映射函数.最后利用ZEMAX软件设计了针对TEM01模高斯光束进行整形的非球面透镜元件.结果表...     

光子晶体光纤的全光纤纤芯变形研究

利用有限差分光束传输法分析了全光纤纤芯变形光子晶体光纤中的模场分布以及能量损耗情况.实现了光子晶体光纤的选择性空气孔塌缩,制作了由小纤芯到大纤芯和圆形芯到矩形芯的纤芯变形光子晶体光纤,该光纤在波长1550 nm下以小于0.05 dB的能量损耗实现了光斑的整形.实验结果与模拟结果有很好的一致性. 关键词： 光子晶体光纤 空气孔塌缩 纤芯变形     

激光束的锥台光纤传输

 分析了锥台光纤的传输特性,建立了高斯近似模型,采用模场耦合理论,计算了锥台光纤的功率转换效率。并在激光器的输出光波长为532 nm,多模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为12.5 μm条件下对细端半径分别为（4±1）,（5±1）,（6±1）,（7±1）和（8±1） μm的锥台光纤的转换效率进行了实验测定。提出利用锥台光纤的圆柱形多模光纤部分传输光功率,锥台部分保证光束质量的传输方案,在保证光束质量的同时能传输较高的光功率。     

大芯径集束光纤强激光耦合装置设计

光纤传输是常用的激光传输方式,随着光纤制备工艺的提升,大芯径、大数值孔径的传能光纤被广泛应用于多模激光传输。高效的激光耦合是光纤稳定传输的前提,为实现宽波段、高功率密度的激光耦合,根据混合模类高斯光束传输变换特性和耦合装置初始参数,结合像差分析,设计了一套大芯径四合一集束光纤与单芯光纤之间的非球面镜耦合装置,并通过机械装置装调实验得到了最高60.6%的光纤耦合效率。搭配自研激光共振电离飞行时间质谱仪,实现了钕同位素三色三步光电离路径对应激光饱和功率密度的测量,验证了装置满足复色激光共振激发电离特定同位素的光谱实验需求。     

光纤的能量传输特性及应用

着重分析了影响光纤传输能量以及光纤传输中造成能量损耗的因素。这些因素主要包括光纤材料、构造、光纤的折射率分布、光纤的长度和芯径、光纤的数值孔径和热效应以及耦合等。同时 ,结合激光二极管点火的实例 ,分析探讨了其背景和应用价值。结论是 :为了尽可能减少能量损耗、提高光纤输出的激光功率和激光功率密度 ,应当选取合适的激光工作波长、较小的光纤长度、较小的芯径和较小的数值孔径 ,应采用渐变折射率分布光纤 ,应减少弯曲与耦合     

双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明:凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 m、纤芯直径为10 m、凹面直径为8 m、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。     

利用非相干光源基于多模光纤获得空心光束

提出利用非相干单色发光二极管(LED)光源和多模光纤产生空心光束。证实了将LED光源以一定角度倾斜耦合进大芯径多模光纤可获得光斑均匀的空心光束。分析了光束在多模光纤中的传输路径和产生空心光束的机理,并用Zemax软件建立仿真模型进行模拟。搭建利用LED和多模光纤产生空心光束的实验系统并且与激光作为光源产生的空心光束进行分析比较,结果表明利用LED光源获得的空心光束均匀性更好。     

激光注入误差对多模光纤传能特性影响分析

采用ZEMAX软件对激光光纤注入系统进行了建模,仿真分析了激光注入光纤横向偏移、角度偏移对光纤传输激光能量特性的影响.结果表明,光纤输出激光能量分布与激光注入对准误差密切相关.注入误差引起光纤初始输入段激光峰值功率密度的剧烈波动,出现了一个激光峰值功率密度极大值,这个极大值是可以达到光纤截面内激光平均功率密度的数十倍;横向偏移激发大量斜光线产生,使光纤输出激光能量分布匀化;角度偏移仅影响光纤内子午光线与斜光线的传播方向,对光纤内激光能量分布的匀化作用较弱.     

基于涡旋光束的超快速角向集束匀滑方案

针对惯性约束聚变装置对激光集束辐照均匀性的需求,提出了一种基于涡旋光束的超快速角向匀滑方案,即利用螺旋相位板使2×2集束中的两子束由超高斯光束变换为涡旋光束,而其余两子束不变,进而通过对子束偏振态和中心波长的调控,使集束中的涡旋光束和超高斯光束在靶面两两相干叠加.相干叠加后的焦斑以皮秒量级为周期超快速旋转,从而在极短时间内快速抹平焦斑强度调制,改善靶面辐照均匀性.通过建立基于螺旋相位板的激光超快速角向集束匀滑方案的物理模型,分析了其角向匀滑特性,并与光谱角色散技术和径向匀滑技术进行了比较分析.结果表明,这一新型激光集束匀滑方案能实现对焦斑的超快速角向匀滑,且能在数皮秒时间内达到最佳辐照均匀性.     

基于非球面镜的圆环形光束非线性整形方法

提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法,该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路,能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布,也能够实现空心光束和实心光束的相互转换,且镜片加工难度低。实验结果表明,利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好,能够较好地对光束进行非线性整形。     

部分相干光对周期性局域空心光束的影响

用旋转毛玻璃和光阑把激光变成部分相干光, 再经过双轴棱锥系统把一束平行光变成两束同频率但不同径向波矢分量的无衍射贝塞尔光, 相干叠加产生了部分相干的周期性局域空心光束. 通过干涉理论与实验结果相互佐证, 得出局域空心光束的周期为2.5 mm. 进一步探究入射光场相干度对产生局域空心光束的影响, 发现随着相干度的降低局域空心光束中心暗斑与周围光强的衬比度会降低, 但不影响局域空心光束的周期以及中心暗斑尺寸.     

On-line beam diagnostics based on single-shot beam splitting phase retrieval

We propose a novel on-line beam diagnostic method based on single-shot beam splitting phase retrieval. The incident beam to be measured is diffracted into many replicas by a Dammann grating and then propagates through a weakly scattering phase plate with a known structure; the exiting beams propagate along their original direction and form an array of diffraction patterns on the detector plane. By applying the intensity of diffraction patterns into an iterative algorithm and calculating between the grating plane, weakly scattering plane, and detector plane, the complex field of the incident beam can be reconstructed rapidly; the feasibility of this method is verified experimentally with wavelengths of 1053 and 632.8 nm.     

DNB引出束流功率及剖面分布测量

 利用束流截止板热量计原理，测量了诊断中性束(DNB)注入托卡马克的束流功率及束流剖面分布。基于热量截止板上正交分布的13只K型热电偶探针测量出DNB引出束流，在加速极电源49 kV，6 A，100 ms的脉冲放电时，采样铜靶上的最高温升为14 ℃，从而计算出注入束流功率达到160 kW并得到束剖面分布。同时通过对热量截止板冷却循环水温升测量值在时间上的积分数值计算，也获得了注入束流总功率，为130 kW。分析了两种测量结果存在差异的原因，实验结果表明惯性束截止板热量计方法是测量粒子束流功率及剖面分布的有效手段。     

Constraints on spheroidal beam wavefunctions

The oblate spheroidal wavefunctions proposed by Rodríguez-Morales and Chávez-Cerda are shown to be possible representations of physical beams only when the angular function S(mn)(β,η) has odd n-m. This condition makes S(mn) odd in η, which ensures the convergence of integrals of physical quantities over a cross section of the beam. The odd n-m condition also makes S(mn)(β,η) zero in the focal plane z=0 outside the circle ρ=b, and thus allows for the physically necessary discontinuity in phase at z=0 on the ellipsoidal surfaces of otherwise constant phase. Only a subset of the oblate spheroidal functions can be exact representations of nonparaxial scalar beams.     

偏振方向对涡旋光束产生的影响

在利用液晶空间光调制器(LCSLM)产生涡旋光束时,入射光的偏振方向对涡旋的产生有着明显的影响。从液晶空间光调制器的工作原理出发,研究了不同偏振方向的线偏振光在通过LCSLM的相位调制后,涡旋光束产生的变化。通过模拟仿真与实验结果的比较,发现随着线偏振光的偏振方向与液晶分子光轴夹角的增大,液晶空间光调制器的调制误差变大,所产生的涡旋光束的质量变差。当夹角大于4.725°时,涡旋光束的质量明显变差。而随着夹角继续增大,LCSLM对入射光的调制作用减弱,无法产生涡旋光束。     

The beam quality of nonparaxial Hermite-sine-Gaussian beam

Based on the theory of the second intensity moment of nonparaxial scalar beam and the method of angular spectrum, the expressions for the far-field divergence angle, waist width and M² factor of nonparaxial Hermite-sine-Gaussian (HSiG) beams are derived. Calculation and analysis show the dependence of the far-field divergence angle of nonparaxial HSiG beams on the parameter w₀/λ, as well as on order m, And it with even and odd orders approach 73.898° and 63.435° as w₀/λ → 0. With increasing order m and the parameter w₀/λ, the waist width increase monotonously, which is same as paraxial case. But nonparaxial M² factor is different from paraxial case, it cannot only less than 1, but also approach 0 as w₀/λ → 0.     

Laguerre-Gaussian beam scintillation on slant paths

Scintillation evaluations for Laguerre-Gaussian (LG) beams for slant paths are made using Rytov approximation. On- and off-axis scintillation is formulated and calculated up to several tens of kilometers of slant distances for different zenith angles. Scintillation index variations against radial receiver point and different source sizes are also investigated. In all cases evaluated, it is found that LG beams with higher radial mode numbers result in less scintillation than Gaussian beam. Kolmogorov spectrum function is utilized in the scintillation calculations.     

The effect of the rotating double-prism wide-angle laser beam scanner on the beam shape

In this paper, we describe a wide-angle laser beam scanner and the rigorous result of the wide-angle laser beam scanner was obtained with the help of the vector refraction theory. Using the rigorous results, the distortion of the beam shape was discussed. The distortion of the beam shape is varying with the different relative angles of the double prisms. According to the conservation of the energy, the distribution of the laser intensity is changed too.