激光聚焦光学系统设计中球差对光束参数的影响

使用二阶矩和熵束宽定义,对平顶光束通过球差透镜后的光束参数,包括束宽、远场发散角和光束质量因子的变化做了详细研究。结果表明：球差使像方光束参数与理想情况不同;束宽和远场发散角的相对误差随球差系数绝对值的增加和光束阶数的减小而增加;球差使平顶光束通过透镜后的光束质量因子增大;实际焦面上束腰宽度的相对误差与球差系数的正负有关,而几何焦面上束宽的相对误差与球差系数的正负无关。     

高斯光束通过像散透镜后光束参数的变化

以二阶矩和环围功率作为束宽定义,对高斯光束通过像散透镜后光束参数,包括束宽和远场发散角作了解析和数值研究。结果表明：因像散引入束宽和远场发散角的相对误差与像散因子、瑞利尺寸、透镜焦距有关。对于束宽而言,相对误差还与传输距离z有关。在几何焦面处x和y方向束宽的相对误差相等。     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

 使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波长之比有关;当截断参数趋近于0时,远场发散角趋于渐近值63.435°;对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例,计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果;功率密度的二阶矩方法可用于截断光束,并克服了光束质量因子的发散困难。     

非傍轴截断平顶光束的质量因子

使用功率密度的二阶矩方法和Li提出的平顶光束模型,推导出了非傍轴截断平顶光束的束腰宽度、远场发散角和光束质量因子的解析表达式。计算结果表明：非傍轴截断平顶光束的质量因子不仅与截断参数、光束阶数有关,而且与初始束腰宽度和波长之比有关;当截断参数趋近于0时,远场发散角趋于渐近值63.435°;对于光束阶数为1和截断参数趋于无穷大的特例,计算结果分别退化为非傍轴截断高斯光束和非傍轴无截断平顶光束的结果;功率密度的二阶矩方法可用于截断光束,并克服了光束质量因子的发散困难。     

用Wigner分布函数方法研究平顶多高斯光束的分数傅里叶变换

本文用Wigner分布函数方法分析了平顶多高斯光束的分数傅里叶变换。导出了分数傅里叶变换面上光的强度、束宽、远场发散角、M2因子和K参数的解析表达式。通过数值模拟研究了分数傅里叶变换阶数对平顶多高斯光束传输性质的影响。     

光束质量测量的最小束斑法

基于最小束斑条件,提出一种光束质量的测试方法。用这种测试方法,在沿光轴的二个位置进行束宽测量,就可较正确给出束腰位置、束腰宽度、远场发散角和M~2因子。     

复宗量厄米-高斯光束在大气湍流中的传输特性

采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方法和Wigner分布函数的二阶矩定义,推导出在直角坐标系下激光光束经大气湍流传输的远场发散角、束宽以及M2因子的解析表达式,并以复宗量厄米-高斯(EHG)光束为例,定量分析了EHG光束在大气湍流中的传输特性。研究表明,光束在大气湍流中传输后的M2因子与入射面上的M2因子、入射面的二阶矩、传输距离、波数以及湍流的影响因子有关;随着在大气湍流中传输距离的增加,EHG光束的远场发散角、束宽和M2因子均会逐渐增大;大气湍流对高阶EHG光束的远场发散角、束宽和M2因子的影响更小;EHG光束在大气湍流中的M2因子与传输距离、湍流的折射率结构参数、光束波长、光束阶数以及基模高斯光束的束腰宽度密切相关。     

截断平顶高斯光束M2因子的比较研究

使用熵束宽、渐近分析和环围功率法对截断平顶高斯光束的束腰宽度w、远场发散角θ0和M²因子作了比较研究.结果表明:按不同束宽定义得到的截断平顶高斯光束的w、θ0和M²因子不同,且与截断参量a/w0(a为光阑半宽度,w0为平顶高斯光束初始束腰宽度)有关.随a/w0的增加,三种方法计算得到的w、θ0和M²都分别趋于某常量.     

976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量M2评价

为了提高976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量,基于严格的二阶矩理论搭建了一套适用于高功率半导体激光器的光束质量检测装置。利用该装置测量了实验室研制的976 nm宽条形高功率半导体激光器在1～10 A工作电流下的束腰位置、束腰尺寸和远场发散角。实验结果表明,随着电流从1 A增加到10A,快轴方向束宽及远场发散角由于反导引效应有微小增加,但由于垂直方向较强的折射率导引机制使得光束参数变化很小,光束质量因子M~2仅从1. 32增加到1. 48,光束质量基本不变。慢轴方向由于反导引效应及热透镜效应而导致高阶模式激射,使得束宽及远场发散角随工作电流增加逐渐增大,光束质量因子M~2从5. 44增加到11. 76,光束质量逐渐变差。傍轴光束定义及非傍轴光束定义下的光束质量因子测试结果表明,在快轴方向,两者差别较大,不能使用傍轴光束定义近似计算;在慢轴方向,两者近似相等,可以使用傍轴光束定义近似计算。     

平顶高斯光束和超高斯光束传输特性的相似性

在直角坐标系下对平顶高斯光束和超高斯光束的传输特性的相似性问题作了讨论。研究表明,当有相同的M2因子但束宽不同的平顶高斯光束和超高斯光束通过光阑效应可忽略ABCD光学系统传输时,在广义菲涅尔数F相等处有相似的光强分布。对于有光阑和用球差透镜聚焦的情况,若平顶高斯光束和超高斯光束具有相同的M2因子和束腰宽度,则在相同传输距离处仍可得到相似的光强分布。     

聚丙烯酸酯泡沫密度均匀性的射线检测技术

低密度泡沫材料大多存在一定程度的密度不均匀性，这对其后续使用性能将带来不良影响。文中简述了ICF靶用聚丙烯酸酯泡沫的制备方法，并利用β射线和X射线检测技术，对直径为mm量级的低密度聚丙烯酸酯泡沫柱进行密度分布表征。研究结果表明:泡沫柱沿轴向的密度分布比较均匀，而沿径向呈内低外高分布，形成了明显的密度梯度。实验表明:射线检测技术测量靶用低密度泡沫的方法可基本满足目前的实验要求，但密度分辨率和空间分辨率还有待进一步提高。     

高库仑量大电流两电极气体火花开关研究

设计了一个两电极气体火花开关，开关的主体部分仅包括阴极、阳极两个主电极，以及金属外壳和绝缘支撑外壳，两电极结构取消了触发极，消除了由于触发极烧蚀影响开关寿命的问题。开关设计工作电压23 kV，单脉冲能量1.2 MJ，峰值电流300 kA，单次脉冲电荷转移量110 C。初步试验阶段开关工作电压达到15 kV，开关的通流180 kA，电荷转移量为47.85 C。开关触发性能可靠，电极烧蚀均匀。     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法，推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式.研究表明，当w0/λ→0时，远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°，与阶数无关.使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束，研究了非傍轴FG光束的M2因子，并与传统定义的M2因子作了比较.在非傍轴范畴，非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关，而且与w0/λ有关.按照定义，当w0/λ→0时，非傍轴FG光束的M2因子不等于0，对阶数N=1, 2, 3时，M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886.当N→∞时，M2因子取最小值M2min=0.816.     

余弦-高斯光束的焦平面及其位置

在余弦_高斯光束通过薄透镜聚焦系统的光场分布函数的基础上,利用二阶矩定义导出了聚焦余弦_高斯光束的光斑函数的解析表达式,由此求得束腰宽度及位置,进而给出了余弦_高斯光束的相对焦移的解析表达式。分析了光学系统参数以及光束参数对实际焦平面位置的影响并作了数值计算。     

微小孔非傍轴衍射光束传输特性的研究

基于非傍轴标量光束横截面上光强的精确定义,对桶中功率和二阶矩定义的光束束宽、远场发散角和M2因子等进行了比较研究.以平面波的微小圆孔衍射光束为例,进行了详细的数值计算.结果表明,桶中功率定义的光束束宽、远场发散角和M2因子较二阶矩定义的小,两种定义的M2因子都随束腰趋于零而趋向于零,桶中功率定义的光束束宽的传播规律与双曲线存在一定偏差.     

Symmetrization of astigmatic high power diode laser stacks

The astigmatic high power diode laser beam emitted from a two-dimensional stacked array is transformed into a beam with rotational symmetry. The symmetrization optic is a first order optical system consisting of a bifocal telescope and three rotated cylindrical lenses. The symmetrized beam has equal beam radii, far field divergence, and waist positions in x, y directions. Additionally a twist appears. The beam parameter product of the symmetrized beam is the average of the beam parameter products of the input astigmatic beam along x-, y-axes. The twist arises from the astigmatism of the original beam. The theoretical calculations are confirmed by the experiments.     

环状光束通过像散透镜的变换特性

基于Tovar提出的平顶多高斯光束模型,给出了环状光束模型。利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,对环状光束通过像散透镜后的传输和聚焦特性进行计算和分析,并讨论了透镜像散对环状光束经透镜变换后对光束质量的影响。研究结果表明:环状光束通过像散透镜后变为非旋转对称光束;聚焦光强随着透镜像散系数的增大而逐渐减弱,聚焦光斑的方位仅由像散系数确定;在光束阶数和入射光波波长一定的情况下,环状光束通过像散透镜的变换特性和光束质量不仅与透镜像散系数有关,还与系统菲涅耳数有关,像散系数增大或菲涅耳数减小时,光束质量变差。