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。     

基于锥形透镜的光线入射角度测量系统设计与研究

为测量光线入射角度,设计了一种基于锥形透镜的新型光线入射角度测量系统。利用光阑、锥形透镜和图像接收装置,获取待测光线通过光阑射入锥形透镜后经过多次的折射和反射,在图像接收装置上得到的复杂光斑图像,通过图像处理得到光斑图像特征信息,进而求解光线入射角度。采用锥形透镜的测量方案,角度测量范围可达80°,精度最高可达 (1×10?4)″。该方案结构简单、体积小且不需要进行繁琐的安装调试。与现有的单光点测量等方法相比,该方案中锥形透镜具有角度放大作用,可大幅度提高测量精度且具有大视场;图像传感器像素分辨率对测量结果影响较小,系统光通量大,容易获得较高的信噪比。     

三反射式柱面光学系统设计及优化

针对传统单片柱透镜和柱面反射镜成像光束不理想以及视场通常小于1°,提出并设计了一种三反射式柱面结构.对柱面光线追迹及单片柱面镜成像进行了深入分析,分别设计了三反射式圆柱面和二次曲线柱面系统,提出了一种基于抛物柱面镜理想线聚焦的新型像差优化方法,使其在子午面方向各视场调制传递函数得到最佳优化,并达到成像光谱仪等在狭缝方向卜高空间分辨率要求.其子午面总视场均达到了3°,在45 lp/mm分辨率条件下,边缘视场子午面方向的调制传递函数分别优于0.2和0.6.     

高功率叠阵二极管激光器光束整形

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况,利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性,得出了快轴准直输出发散角约5时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点,设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统,该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成,把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上,并且在慢轴耦合透镜的成像面附近,得到了7 mm8 mm的泵浦光斑,光强不均匀性约10%,输出效率达到85%。     

失调光学系统光线追迹公式

本文借助坐标变换，对现有的光线追迹公式进行改进，推导出一套失调光学系统的光线追迹公式。利用该套公式可以计算出光学系统存在各种失调情况下的像差值。     

一种折反式光学系统的消杂光设计

针对一种折反式光学系统相机遇到的消杂光问题,根据杂光计算结果对相机进行了消杂光设计,通过试验对杂光计算结果进行了验证,试验结果与计算结果吻合,验证了消杂光设计的正确性。进行消杂光设计后,相机的杂光系数满足设计指标要求,有效地减小了杂光对图像质量的影响。     

非对称光学系统的ABCD定律

用矢量分析的方法简明地推出了一般非对称光学系统的衍射积分公式.在此基础上,借助光束复曲率张量的概念,给出非对称光学系统的张量形式ABCD定律.最后给出简单的应用例子.     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

透镜导管耦合系统中光线三维追迹模拟分析

半导体激光器抽运耦合系统是固体激光器的重要组成部分.非成像系统空心透镜导管构成的耦合系统非常适用于大功率的半导体抽运阵列.为了给出透镜导管耦合系统的最佳结构,需要研究抽运光束在耦合系统内及输出面的分布.利用几何光学理论,在三维空间内,建立了空心透镜导管中抽运光束传播的数学模型,推导了光束传播的三维轨迹方程;在全三维光线追迹的理论分析基础上,开发了模拟透镜导管耦合系统传输光线的3D计算机仿真软件;通过该软件可以自动获得全部抽运光线在透镜导管耦合系统中的真实传输路径及在耦合系统输出端面的分布.最后探讨了抽运光束通过空心透镜导管耦合系统后的能蕈转换效率.计算结果表明,空心透镜导管的能量转换效率可以达到96.08%以上.     

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...     

Beam Shaping Optics for YAG Laser Processing Fabricated by Computerized Numerical Control Lathe

A method for a beam shaping optics is proposed to convert a laser beam profile into arbitrary required intensity distribution. Surface profile of the beam shaping optics is designed by using Snell's law to convert the required intensity distribution at the beam irradiation plane from the input intensity distribution. A computerized numerical control (CNC) lathe is employed to fabricate the beam shaping optics, and acrylic resin is used for the material. The acrylic resin plate is cut by a ball type of grinding wheel tool consisted on diamond powder and polished by a cone type felt buff with alumina ceramics powder. The CNC lathe is powerful tool to control the position of these tools. The fabricated beam shaping optics is aspheric shape with 4 mm of thickness and it works to convert the intensity distribution of multi-mode beam profile with 13 mm of diameter into a flat top cylinder with 1 mm of diameter. A working distance of the beam shaping optics is 60 mm, and its transmittance is over 98%. It succeeds to fabricate uniform melting mark of 0.6 mm diameter on a steel target by the YAG laser process.     

利用双折射透镜组实现激光束空间整形

为了提高惯性约束聚变高功率激光系统的整体效率和充分利用光能,需要将高斯分布的光束整形为空间均匀分布的平顶光束。本文从球面透镜的琼斯矩阵出发,利用光学传输矩阵对双折射透镜组空间光束整形系统进行了理论分析,数值模拟了整形效果,讨论了透镜组参量的选择以及中心加工厚度误差等因素带来的影响,并对该系统进行了实验研究。在实验中,利用该双折射透镜组整型系统实现了光束的均匀化输出。在神光Ⅱ第九路中,在近场静态工作条件下,可将光束填充因子从原来的66%提高到80%。     

采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形

提出采用液晶空间光调制器进行激光束的实时,可调控光束空间整形的新方法,研究了液晶空间光调制器的光学调制特性,用液晶空间光调制器衬时产生的软边切趾光阑与空间滤波器结合,有效地对任意光束进行空间整形,获得光束填充因子高,近“平顶”光强的光束近场分布。     

Calculations of Infrared Laser Beam Scattering from Rough Dielectric Objects

The coherent and incoherent scattering cross sections of Infrared Laser Gaussian beam scattering from arbitrarily shaped convex dielectric objects with rough surfaces are investigated by using plane wave spectrum method and physical optics approximation. In the paper, the infrared laser scattering cross sections of rough sphere are calculated at 10.6 m , and the influence of the beam size, permittivity, and polarization as well as roughness parameters is analyzed numerically. When the beam size is much larger than the size of object, the results in the paper can reduce to those of an incident plane wave. On the other hand, for the case of roughness statistical parameter close to zero, only the forward scattering has a parent difference compared with the result of gaussian beam scattering from smooth sphere.     

像散椭球高斯光束的理论分析与实验模拟

从理论上讨论了具有简单像散特必的椭 图 束的处理方法,在实验中利用两个正交的柱透镜模拟球面双轴透镜对半导体激光器的输出光束进行变换,得较为理想的结果,即把椭圆高斯光束自理为近似圆高斯光束。     

激光冷却在原子束六极磁透镜技术中的应用

分析了由六极磁场构成了原子束磁透镜的原理及像差。在比较了热原子束和单色冷原子束的会聚效果后得出结论：影响它成像的主要因素是色差。应用激光冷却技术能使这一影响减小,从而使磁透镜在原子光学领域得到更广泛的应用。     

Changes Brought about by a Lens in an Obliquely Incident Laser Beam

In the paraxial optics approximation, we have studied the transformation of a simple Gaussian beam of light obliquely incident on an isotropic lens for the case where the axis of the beam and the principal optical axis of the lens are crossed straight lines. The data obtained are compared with the corresponding results for the case where the axes of the beam and lens are coplanar.     

Second Harmonic Conversion-efficiency of Aberrated Laser Beam

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ ,ｂｕｔｔｈｅｗｉｄｅｌｙｓｐｒｅａｄｅｄｔｈｅｏｒｉｅｓａｒｅａｌｌｂａｓｅｄｏｎｐｌａｎｅｗａｖｅ .Ａｃｔｕａｌｌｙｉｄｅａｌｂｅａｍｓｃａｎｎｏｔｂｅｍｅｔｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｉｓｇｉｖｅｓｖａｌｕｅｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｈｏｗａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓｏｆ ｐｕｍｐｗａｖｅａｆｆｅｃｔｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎ…     

Second Harmonic Conversion-efficiency of Aberrated Laser Beam

How aberrations of pump wave affect second harmonic generation is studied. The solution is applied to type I second harmonic generation in KDP crystal. The results of conversion-efficiency and transverse intensity distribution in second harmonic generation of Gaussian beam and super-Gaussian beam with aberrations of Zernike polynomials are presented.