Formation of the Intensity Distribution in Laser Beams due to Difraction on Structures of Small-Size Optical Inhomogeneities

The possibilities of formation of the intensity distribution in laser beams due to diffraction of radiation on spatial structures of small-size optical inhomogeneities are considered. Computer modeling of beam profile formation by plates-apodizers containing two-dimensional structures of discrete amplitude or phase scatterers is performed. The results presented testify to the prospects of optical elements with scattering centers for laser beam shaping in UV, visible, and IR spectral ranges.     

高功率激光器的光谱合束技术研究北大核心CSCD

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。     

双包层稀土掺杂光纤抽运吸收特性的分析

建立了复折射率纤芯结合有限差分束传播法的双包 层稀土掺杂光纤抽运吸收效率数值模型,利用该模型对几种常 用内包层外边界结构下双包层稀土掺杂光纤的抽运吸收系数进 行了详细的分析,得出相应双包层光纤的抽运吸收特性. 分析结果对双包层稀土掺杂光纤的优化设计具有重要的指导意义.     

光源频谱宽度对Bessel光束亮暗梯度的影响

分析了三种不同频谱宽度的光源(激光、绿光LED和白光LED)产生无衍射贝塞尔(Bessel)光束亮暗环的梯度。分别模拟得到在不同位置的光强截面图,并计算各亮暗环的光强值,引入对比度的计算公式,计算了三种不同频谱宽度的光源产生贝塞尔光束亮暗环的对比度,可以得到频谱宽度越宽的光源产生的贝塞尔光束亮暗环之间的对比度降低,亮暗环强度梯度下降,从而导致囚禁粒子的能力降低。根据三种光源的特性设计了实验装置,并在与理论模拟相应的位置分别拍摄了三种不同频谱宽度光源产生的无衍射光斑图。对实验中拍摄到的光斑图进行对比度计算,可以得知频谱宽度越宽的光源产生的无衍射光束,其截面光斑亮暗环的对比度降低,亮暗环强度梯度降低,囚禁粒子能力下降,理论和实验相吻合。     

基于多层电介质光栅光谱合成的光束质量

基于电介质光栅的光谱合成是实现高功率高光束质量激光的重要途径. 在电介质光栅的光谱合成系统中, 光栅色散效应是影响合成激光光束质量的重要因素. 本文推导了单光栅和双光栅光谱合成系统中由于光栅色散引起M²因子的变化公式; 详细讨论了这两种合成系统中单路激光线宽、单路激光光斑半径、相邻两路激光波长差、相邻两路激光间距以及光栅周期对光束质量的影响. 研究表明对于单光栅合成系统, 在合成过程中若保持光束质量M²因子的大小不变, 则单路激光带宽随光斑半径的增加而减小; 在双光栅光谱合成系统中, 在保持光束质量的前提下, 单路激光带宽可随光斑半径的增大而相应增加. 数值计算表明, 若要满足合成光束的光束质量M² ≤1.2的要求, 在单光栅系统中激光线宽需窄于亚纳米量级, 在双光栅系统中激光带宽可为亚纳米. 本文为高功率、高光束质量的光纤激光光谱合成系统的搭建提供了理论指导.     

光纤激光光谱合束及光栅热效应研究进展

受热效应、光学损伤与非线性效应等因素的限制,单纤的功率提高困难。因此通过光学元件将多束激光进行合束的光束合成技术应运而生。光谱合束方案具有结构简单,合束光束质量好等优点,逐渐成为了合束技术发展的主流。简要介绍了光纤激光光谱合束的几种常见合束方案,对比分析了几种合束技术的优缺点。对光谱合束中存在的光栅热畸变问题,从理论研究和实验研究两个方面进行了针对性的分析与讨论,并对光谱合束未来的发展趋势进行了展望。     

A study of refraction of a cylindrical laser beam in stratified liquid

Refraction of a cylindrical laser beam in a transition layer at the interface of two liquids with different optical characteristics is studied theoretically and experimentally. A theoretical basis for calculations of the beam trajectory in the transition layer of stratified liquid is given. Two- and three-dimensional images (2D and 3D refractograms) of a cylindrical laser beam inside and outside the media are obtained on the basis of a tangential model of the refractive index profile. The influence of the parameters of the laser beam and media on the appearance of refractograms is studied and the optimal experimental conditions are selected with the use of computer simulation. A scheme of the setup for recording digital 2D refractogram and experimental results are presented. Algorithms for digitizing experimental images and for their comparison with calculated refractograms to determine the refractive index profile in the transition layer based on the tangential model are developed.     

无衍射光束的产生及其应用

近年来,随着激光技术的快速发展,相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束,包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果;就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论;并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.     

利用频谱组束获取双光谱光源的实验研究

 针对激光多光谱探测对多色激光光源的需求,提出利用外腔频谱组束技术获取多光谱激光探测光源的方法。报道了外腔2个大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器频谱组束的实验结果,获得了一种3dB线宽分别为29.3nm和11.52nm的可调谐双光谱激光探测光源。实验结果和理论分析表明：外腔频谱组束技术是一种获得多光谱激光光源的可行方法。     

SBN:Cr晶体中孤子诱导的实时平面光波导及其导光特性分析

通过数值模拟和实验对SBN:Cr晶体中的（1+1）维亮屏蔽空间孤子及其诱导的实时平面光波导的导光特性进行了研究.采用分步束传播法和Petviashvili迭代法对（1+1）维亮屏蔽空间孤子的特性进行了模拟.通过求解本征方程,对孤子诱导平面波导中存在的导波模式进行了数值求解.采用633 nm的He-Ne激光作为孤子诱导光束,532 nm的半导体泵浦的固体激光作为探测光,在固液同成分的SBN:Cr晶体中进行了实验研究.实验结果和数值模拟的结果符合的很好.而且结果表明SBN:Cr晶体中红光诱导的波导可以作为实时光波导.     

环状连续强激光下光学薄膜的瞬温和热畸变

详细研究了非冷却光学薄膜元件在环形激光光束辐照下的瞬态温度分布和随后的热畸变，并且用泰曼干涉仪实际测量了连续波氧碘激光辐照各种非冷却光学元件的热畸变量并与理论计算相比较，分析结果表明理论和实验相一致。     

环状连续强激光下光学薄膜的瞬温和热畸变

详细研究了非冷却光学薄膜元件在环形激光光束辐照下的瞬态温度分布和随后的热畸变,并且用泰曼干涉仪实际测量了连续波氧碘激光辐照各种非冷却光学元件的热畸变量并与理论计算相比较,分析结果表明理论和实验相一致。     

基于组合透镜与渐变折射率光纤改进激光器耦合效率的新方法

提出一种利用组合透镜系统与渐变折射率光纤相结合改进激光 器管芯到单模尾纤耦合性能的新方法. 这种方法首先利用组合透镜系统对具有像 散的激光器输出光束进行整形, 然后采用渐变折射率光纤对整形后的光束进行聚焦处理, 并将处理后的的光束耦合进入普通单模光纤. 利用Jones矩阵理论分析表明, 采用这种方法可以得到86%的功率耦合效率, 1 dB插入损耗对应的渐变折射率光纤长度、 横向偏移和倾斜角容差分别为60 μm, 30 μm和2.4°, 且结构简单, 便于操作, 特别适合于大功率激射的激光模块到单模光纤的耦合. 对于提高激光器输出功率, 改善光束质量具有重要意义.     

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.     

加速器束流诊断技术的新进展

介绍了加速器束流诊断技术的新进展, 包括束流位置测量技术、束团横向尺寸测量技术和束团长度测量技术. 束流位置测量技术主要介绍具有高位置分辨率的腔型束流位置检测器和数字束流位置处理技术. 束团尺寸测量技术主要介绍高空间分辨率的激光丝扫描器、光学渡越辐射和光学衍射辐射技术. 束团长度测量技术主要介绍高时间分辨率的相干辐射光谱技术、RF横向偏转腔、RF零相位技术和电光采样技术.     

Refraction of an astigmatic laser beam in a transition layer of a stratified liquid

Refraction of an astigmatic laser beam in a transition layer formed at the boundary between two liquids with different optical characteristics is studied theoretically and experimentally. An algorithm of calculating a ray trajectory in the transition layer of a stratified liquid is considered. The profile of the refractive index in the medium is modeled for three different distributions: linear, sinusoidal, and tangential. Computer modeling based on the above models allowed obtaining two- and three-dimensional images of the laser beam (refractograms) inside and outside of the medium. The influence of the beam parameters and the experimental layout on the shape of refractograms is studied, and optimal experimental conditions are determined. The experimental arrangement for detection of 2D and 3D refractograms by the laser refractography method is described. An experimental technique is developed, and digital registration of the experimental refractograms is carried out. Adaptation of special software for processing 2D refractograms allowed retrieving the refractive index profile in the transition layer of a liquid. Based on the tangential model of the diffusion layer in a saltstratified liquid, the values of the refractive index were obtained that allowed determining the salinity profile in the given layer.     

线激光束均匀化整形方法研究

为解决核物理工程、表面热处理、激光加工、激光通信中传输激光束的均匀性问题,提出采用三角楔柱透镜改善线激光均匀性的新方法,并在ZEMAX开发环境下建立了整形光路系统的理论模型。利用所建立的模型,分析了整形柱透镜在不同半径、斜面夹角、透镜介质折射率等参数下光束的均匀性。研究表明：在远场条件下,通过改变整形柱透镜的参数,能够得到能量分布均匀的线激光。在实际应用中,可以采用1个半圆柱和2个相同三角楔胶合成型的简单工艺。进一步模拟发现,两种整形系统所得到的均匀度和线宽一致。     

实现Nd:YAG光束匀滑的衍射光学器件的研制

采用爬山-模拟退火混合优化算法与旋转镂空掩模板工艺,针对基频光与三倍频光,设计并加工出口径80mm的连续位相衍射光学器件。在脉冲工作的Nd：YAG激光器上,实验研究了器件的光束匀滑性能,获得了与设计尺寸相符合、边缘陡峭、但包含较大顶部调制的光斑。初步验证了衍射光学器件在固体激光器光束匀滑上的应用可行性。     

实现Nd:YAG光束匀滑的衍射光学器件的研制

 采用爬山-模拟退火混合优化算法与旋转镂空掩模板工艺,针对基频光与三倍频光,设计并加工出口径80mm的连续位相衍射光学器件。在脉冲工作的Nd：YAG激光器上,实验研究了器件的光束匀滑性能,获得了与设计尺寸相符合、边缘陡峭、但包含较大顶部调制的光斑。初步验证了衍射光学器件在固体激光器光束匀滑上的应用可行性。     

延迟双脉冲激光产生的空气等离子体的光谱研究

使用激光双光束方法，对激光大气等离子体的光谱进行了实验研究.由一台激光器产生的两束激光，其中一束用于产生等离子体(电离激光束)，另一束则用于对已产生的等离子体施加影响(作用激光束).作用激光束所引起的光谱特征变化的实验研究结果和相应的初步分析.结果表明，在作用激光束的影响下，激光大气等离子体光谱的强度在整体上都有明显的增加，而且，连续光谱的增强大于线状光谱；短波连续光谱的增强大于长波连续光谱；作用激光束相对于电离激光束的延时越大，谱线增强的相对值也越大；作用激光束对谱线的增强不存在明显的阈值效应.结果还表明，作用激光束除导致光谱幅度增强外，对激光大气等离子体中各种类谱线成分的衰变时间也有明显的影响：除个别谱线外，大多数谱线的衰变时间都有不同程度的延长.对结果的初步分析指出，上述结果是激光大气等离子体中的自由电子吸收作用激光束的能量后，在等离子体中有不同传递途径和不同传递效率的体现.该结果为深入了解激光大气等离子体衰变过程中的微观物理现象提供了新的线索，也为以延长激光大气等离子体衰变过程为目标的技术应用提供了实验依据. 关键词： 大气等离子体 双光束 等离子体光谱 谱线演化