线偏振高斯光束通过复合型衍射光栅的传输特性

提出一种集合浮雕和折射率周期分布调制的复合型衍射光栅,并利用角谱表示和严格的模式理论研究了线偏振高斯光束通过这种复合型衍射光栅的传输特性.数值计算结果表明,在光栅的同一透射深度处复合型衍射光栅光强的起伏频率要比浮雕型光栅光强的起伏频率小.最后使用复合型衍射光栅模型,研究了亚波长体积相位全息光栅的表面起伏和入射光束的束腰宽度对衍射效率的影响. 关键词： 复合型衍射光栅 亚波长体积相位全息光栅 高斯光束 严格模式理论     

透射型体相位光栅对连续激光束的空间低通滤波

利用Kogelnik一维耦合波理论,以及离散傅里叶变换,分析光栅矢量相互正交,且串联级联放置的两透射型体相位光栅对空域任意分布的连续激光光束的衍射特性;讨论其对入射光束的空间低通滤波性能,并具体模拟其对畸变高斯光束空间低通滤波的效果.结果表明,利用体光栅优良的角度选择特性,无须对畸变光束进行聚焦,即可实现入射光束角谱域中的高频成分与低频成分的空间分离,滤除畸变高斯光束中高频角谱成分,使得衍射光束与未畸变光束在空域中的光强分布非常接近,达到滤除畸变光束中杂散成分且保留有用成分的主要目的.这种方法有效地避免了聚焦型空间低通滤波,如针孔滤波在针孔附近光强过高,易致针孔周边材料损坏等不利因素,有助于应用至高功率激光光束质量的优化.     

涡旋光束与相位全息光栅不对准时的衍射特性研究

研究了涡旋光束与相位全息光栅不对准时衍射光束的解析特性.利用理论推导的方法得出涡旋光束经相位全息光栅接收后一阶衍射光束的解析表达式.然后通过仿真分析分别得出在发生正常对准、横向偏移、角向倾斜及横向偏移和角向倾斜两者同时出现时衍射光束的质心偏移特性和中心强度变化特性.研究表明: 拉盖尔-高斯光束经相位全息光栅衍射后得到的光场表达式为合流超几何函数形式.光束与相位全息光栅间的不对准会引起衍射光束质心的偏移,而且光束质心的偏移量随入射光束偏移距离和偏离角的增加而增加,与入射光束的偏移方向和方位角无关.角向倾斜时 关键词： 拉盖尔-高斯光束 相位全息光栅 横向偏移 角向倾斜     

双掺杂LiNbO3:Fe:Mn体全息光栅的时空衍射特性

通过联立求解两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程，建立了研究双掺杂LiNbO_{3< /sub>:Fe:Mn晶体采用双色光记录光折变体全息的时空特性的动力学模型.数值计算表明，该动态体全息光栅的时空衍射特性与晶体中的折射率光栅相对于干涉场的空间相移有关，该空间相移的取值范围为(-π，π)，当空间相移的符号发生变化时，双光束之间的能量耦合方向也相应地发生反转.给出了晶体内的等相位线和光强的重新分布.}     

全息曝光系统轴向调节误差对光栅衍射波像差的影响

光栅衍射波像差作为全息光栅重要的技术指标之一,直接影响光栅分辨率,其中曝光光学系统的调节误差是引起光栅衍射波像差的主要因素。采用q参数讨论了高斯光束在光栅曝光光学系统中的传播和变换,通过计算高斯光束经准直系统后的相位给出了叠栅条纹相位分布的解析表达式,由此系统分析了曝光系统调节误差与光栅衍射波像差的关系。理论分析结果表明:左右曝光光路准直系统的相对离焦对光栅衍射波像差的影响最为显著;相对离焦量相同时,光栅衍射波像差随曝光系统焦距的减小而逐渐增大;理论模拟的条纹分布与实验中获得的叠栅条纹能够很好吻合。     

平面全息光栅曝光系统中的分光器件特性分析

分光器件是全息光栅曝光系统中的关键光学元件,它将入射激光光束分成两束,两相干光束叠加后形成干涉条纹。曝光系统的稳定性不但影响干涉条纹对比度,还影响光栅衍射波前像差、杂散光水平以及光栅掩模刻槽质量。为了提高曝光系统的稳定性,分析入射光束角度偏离与两相干光束夹角(2θ)的关系,并结合干涉条纹周期公式,分别导出了以光栅和棱镜作为分光器件时入射激光束角度偏离量与待制作光栅空间相位差的解析表达式,据此分析了光栅和棱镜曝光系统的稳定性。结果表明,采用光栅分光的曝光系统的稳定性比棱镜分光曝光系统稳定性提高5~6个数量级,这对长时间曝光制作全息光栅具有实际意义。     

高斯光束经相位连续变化型波带片的衍射特性

 根据瑞利-索末菲标量衍射理论分析了相位连续变化型波带片对高斯光束的衍射特性。在高斯光束入射下,对相位连续变化型波带片光轴和焦平面上的太赫兹强度分布特性进行了模拟,分析了入射光束的束腰半径和束腰位置对衍射场的影响,并与平面波入射的情况进行了对比。数值结果显示,相位连续变化型波带片可以实现对高斯分布太赫兹波的聚焦。相位连续变化型波带片的衍射规律与薄透镜的聚焦规律相似。通过合理调整束腰与波带片之间的距离可以保证衍射效率在85%以上。与平面波相比,高斯光束入射下的焦点处中心场强较小,但衍射效率较高。     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明:当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时,随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

Laser writing system for fabrication of diffractive optics elements

We report a laser writing system for fabrication of diffractive optical elements with He-Cd laser. The wavelength of the light source is 441.6 nm. The output beam is collimated into parallel light with uniform intensity distribution after passing through the spatial filter with a pinhole of 25μm and the collimating device. A microscopy objective lens with numerical aperture (NA) of 0.65 is used to focus the beam into a small diffraction spot. Any pattern can be written with this system. Experimental results are presented.The written gratings and the phase patterns were verified with a conventional optical microscopy and the Taylor Hobson equipment.     

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。     

针剂中异物的光电检测方法研究

针剂在实际生产过程中容易混入异物颗粒,异物颗粒影响人体健康,因此针剂在出厂前必须进行异物检测.本文提出了一种基于光阻法的针剂异物的检测方法,介绍了检测原理及其信号处理方法,单瓶静态实验表明,该方法与人工检测方法比较,符合率为96.30%.针对检测区域和测试时间过小所造成的漏检可能,提出了双光路检测方法,并通过实验论证了其可行性.     

A neat semi-Gaussian laser beam with no diffraction fringes: Theoretical analysis

We propose a simple optical device to convert a Gaussian laser beam into a neat semi-Gaussian laser beam without any diffraction fringe by using a spatial light modulator and a thin, sharp blade, and numerically calculate the diffracted, relative intensity distributions of both the semi-Gaussian laser field and the semi-Gaussian, pseudo-thermal light. We also study the dependence of the border width of the semi-Gaussian beam on the waist of the Gaussian beam. Our study shows that the proposed scheme can be used to cancel all diffraction fringes from both the straight edge of the blade and a finite lens aperture in all the planes vertical to the z axis and obtain a neat semi-Gaussian beam without any diffraction fringe, and find that the border width w_B of the generated semi-Gaussian beam is not dependent on the waist of the incident Gaussian beam.     

Suppression for the Low spatial frequency Rings and Ripples of Laser Near field Intensity Distribution in the Spatial Filter Used in ICF Laser DriveSupported by the key project of the National Science Foundation, National Hi Tech Foundation.

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｔｈｅｆｌｕｅｎｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｅｌｉｖｅｒｅｄｂｙａｌａｓｅｒｉｓｅｓｅｎｔｉａｌｆｏｒｍａｎｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｓｕｃｈａｓｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｉｎｇ,ｓｕｒｆａｃｅｔ...     

Axial distribution of Gaussian beam limited by a hard-edged aperture

In this letter, the axial distribution of Gaussian beam limited by a hard-edged aperture is studied. We theoretically analyze the axial diffraction of Gaussian beam limited by a hard-edged aperture, and give the simpler formulas of the axial diffraction intensities of Gaussian beam in Fresnel diffraction field and Fraunhofer diffraction field. The corresponding numerical calculation of axial diffraction intensity distribution of Gaussian beam with different wave waist is provided and the evolution of the diffraction distribution with the wave waist of Gaussian beam is explained. As the especial cases of the truncated Gaussian beam,the Gaussian beam in free space and the parallel light limited by the aperture are discussed too, and the system parameters of the truncated Gaussian beam which can cause it to equal to these cases are given.The theoretical results conform to the numerical analysis.     

拟合法测量高斯光束的束腰半径

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过功率与孔径的关系式.采用2种不同拟合方法对高斯光束的束腰半径进行了测量.为减小激光器功率不稳定带来的不利影响,实验中采用双光路进行测量.结果表明,用拟合法测量高斯光束的束腰半径不仅合理,而且可行.     

Propagation properties of Gaussian beams through cat eye optical lens with center shelter

Based on the method of matrix decomposition and expanding the aperture function into a sum of finite complex Gaussian functions, the analytical propagation equations of Gaussian beams through cat eye optical lens with center shelter are derived. Through numerical calculation, the laws governing the variation of the intensity distribution of the cat eye reflected light with the center shelter ratio and the diameter of the detector at the focal plane are given. The results show that the diffraction series and the intensity of the cat eye reflected light depend strongly on the center shelter ratio. As a further extension, it is found that the eye optical lens can be interpreted as a spatial filter, and different filter effect can be obtained by changing the pinhole size.     

Wavefront measurements of diode laser beams with large dynamic ranges

We propose and demonstrate a method for the measurement of the wavefronts of high-power diode laser beams with large dynamic ranges. Our wavefront sensor consists of a movable pinhole and a wavefront-slope detector. The measurement results show that the wavefront sensor exhibits a large dynamic range of pi/2 to -pi/2 and a high precision on the measured average wavefront slope. The wavefronts of high-power diode laser beams having large divergence angles at arbitrary locations (including near and far fields) can be reconstructed via the wavefront measurement at a given location. The amplitude and phase distributions of a laser beam could be determined from the measured optical field data using diffraction theory. The experimental measurement of the wavefront of a 980 nm diode laser beam will be presented and discussed.     

啁啾脉冲放大系统中空间滤波器小孔尺寸的设计

为了获得啁啾脉冲放大系统(CPA)中空间滤波器的小孔尺寸,可以利用傅里叶光学的方法和激光模式理论,通过数学上的合理近似和对能量频谱函数的数值积分,计算激光束中基横模和主要低阶横模的径向空间频谱与空间截止频率,并讨论以基横模的空间截止频率作为空间滤波器的截止频率的可行性,从而确定小孔光阑孔径的大小并得出一个具有普遍意义的结论,即小孔直径约取6.93倍衍射极限长度时,空间滤波器能够较好地滤去TEM00模以外其他横模的大部分高频能量成分,从而提高光束质量,此结果在实验上得到很好的验证。此外,以M2因子为基础,可以得到一个用以辅助描述空间滤波器滤波性能的光束质量改善因子B。