Z-扫描技术的灵敏度分析

单光束激光Z-扫描技术是利用光束的横向特性来研究材料的光学非线性的,其灵敏度的提高有助于测量微弱折射率变化。从入射光束、调制方式、光束检测等方面论述了Z-扫描技术的灵敏度。顶环光束入射相对于标准Z-扫描技术的高斯光束入射其灵敏度可提高2.5倍,但要求光源的输出能量达到一定值,仅适用于测定较小的非线性相移;在光路中插入调制元件后放大因子可达到780,但调节光路难以调节焦移效应。利用CCD作为探测器的TPDZ-扫描技术能够测量小于λ/15000的非线性相位畸变,CCD能够充分获得光束的横向信息,有望成为另一种测量光学非线性的常用方法。     

任意光束形状和介质厚度的Z扫描技术

利用分步傅里叶算法结合坐标变换理论,建立了在光致折射率改变介质中任意形状光束的传输、聚焦模拟方法,能够用于计算任意光束形状、任意介质厚度的Z扫描开孔和闭孔拟合曲线。在薄介质和高斯光束条件下,该方法的拟合曲线与经典算法相吻合。在平顶光束情况下,该方法的拟合结果与实验数据基本一致。利用此方法测量了LiTaO3晶体的非线性吸收和非线性折射率系数,并对高斯光束和涡旋光束在厚介质中的Z扫描过程进行了分析。     

TEA CO2激光器输出平顶模按厄米-高斯模的展开

TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布一般为平顶型分布.为了给研究和分析TEA CO2激光器输出光束提供一种新的处理方法,采用FGB理论,对实验测量的一台TEA CO2激光器输出的实际平顶型光斑的能量密度分布按厄米-高斯函数进行了展开.根据展开结果,对TEA CO2激光器输出光束的空间分布特性进行了分析与讨论.初步证实了TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布可以按厄米-高斯函数展开.     

高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究

为了获得高光束质量的脉冲固体激光输出,研究了高斯非稳腔固体激光器的模式分布。运用边界有限元法将谐振腔内光场衍射积分方程转化成矩阵方程组,模拟分析了平凸高斯非稳腔内光阑位置、孔径大小以及高斯镜参数对输出光束模式的影响。基于理论模拟结果对激光器结构参数进行了优化,分别测量了腔内不同光阑位置和孔径下的激光器输出光束振幅及模式分布情况。在光阑半径为1 mm、光阑距高斯镜为150 mm、泵浦电压为900 V的实验条件下,光束质量M_x~2=1. 9、M_y~2=2. 3,激光最大输出能量为280 mJ的高光束质量激光输出。实验结果表明,在腔内加入选模光阑以及优化高斯镜参数可以进一步改善腔内模式分布,获得高光束质量激光输出,这与理论模拟结果基本相符。     

狭缝扫描法测量高斯光束光斑尺寸

在激光束参数测量中,常常使用针孔扫描法来测量光束光强的轮廓分布,但该法要求扫描的针孔必须通过光斑中心,否则会引起较大的测量误差,另外,若被测光斑较小,所需针孔就较小,亦增加了测量的难度。本文介绍利用狭缝作一维扫描,同样可以得到高斯光束的光强分布,但是避免了对中的麻烦,而且由于通过狭缝的光能较强,方便了操作,提高了信噪比。设高斯光束横向光强分布为式中,I_0为光束中心点的光强,ω为光斑半径。若扫描狭缝宽为Δ,缝中心在x′处,缝长远大于光斑直径,那末通过狭缝的光能是     

光学相控阵光束电扫描技术及仿真

光学相控阵技术是一种新型光束偏转及扫描技术,介绍了光学相控阵技术光束电扫描的原理,分析了光学相控阵主要参数及高斯光束替代平行光束入射对偏转效果的影响,研究了三种利用光学相控阵实现多光束扫描的方法。研究结果表明,为了提高光束质量应尽量减小单元周期,增大光学相控阵尺寸和填充率,但减小周期并不能完全抑制栅瓣,而高斯光束取代平行光束入射仅影响偏转光束的角宽度,所研究的三种多光束扫描方法均有效,三种方法各有优缺点。     

高斯光束照射下的Vander Lugt相关器的特性研究

针对特定目标图像,定量分析了在Vander Lugt相关器中照明光束为高斯光束时输出相关峰值随高斯光束特性参量的变化情况。结果表明,输出相关峰值随高斯光束腰斑半径的减小和输入场景中目标位置偏离高斯光束中心距离的增加而减小。为了得到高的输出相关峰值,由扩束准直光学系统输出的高斯光束腰斑半径应满足一定的要求。     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

光束偏转器传输特性对系统定向准确度的影响

基于光束在单轴晶体交界面处的折射理论和单轴晶体中的矢量传播理论,研究了基模高斯光束通过铌酸锂光束偏转器后的电场变化,计算得到了光束定向系统探测器输出的中频电流与光束失配角之间的关系曲线.结果表明:通过铌酸锂光束偏转器后的基模高斯光束的电场分布发生了细微的变化,这种细微的电场变化将改变输出中频电流与光束失配角之间的对应关系.借助该修正的数学模型,可提高光束定向系统的角度测量准确度.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

高斯光束通过失调透镜系统的聚焦特性

为分析透镜系统中圆孔光栏和透镜失调对高斯光束聚焦特性的影响,利用椭圆光栏近似展开式和失调光学系统的广义衍射公式,推导高斯光束经含圆孔光栏失调透镜系统传输的近似解析式,得到输出光束光强极大值场分布与光束参量、孔径尺寸、光栏和透镜失调量之间的关系。针对特定透镜系统,定量分析失调量对输出光束聚焦特性的影响。结果表明:各元件的失调对输出光束聚焦特性均产生影响,在失调量较小时透镜横位移对输出光束聚焦特性的影响比透镜角位移对输出光束聚焦特性的影响更明显。     

一种新空心光束的理论及实验研究

提出了一种用来描述空心光束的新理论模型——空心高斯光束模型，通过控制光束参数可以方便地调制空心光束黑斑的大小.导出了空心高斯光束经傍轴光学系统的解析传输变换公式.利用导出的公式计算分析了空心高斯光束在自由空间的传输特性.在实验上利用矩阵本征值方法设计了能输出空心高斯光束的光学谐振腔，对实验上得到的空心高斯光束进行了传输特性的研究.结果表明，理论和实验相吻合.该空心高斯光束产生的光势阱为控制冷原子提供了一条新途径. 关键词： 空心高斯光束 光学谐振腔 传输特性     

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

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光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。     

基于无衍射光的表面粗糙度三角测量及其灰色评定方法

 激光三角法是表面形貌非接触测量中的一种常用方法,在几何测量领域应用广泛。传统的激光三角法采用高斯光束作为指示光源,在机械扫描机构的配合下,通过对被测表面逐点扫描完成表面形貌的测量。采用新型的无衍射光替代传统激光光源,解决了普通高斯光束存在的“焦深”问题,简化了机械结构。并采用基于灰色系统理论的灰色滤波进行表面形貌的分离与评定,克服了原有方法对测量数据样本量和统计特性的依赖,并通过实验表明该系统能够准确地完成表面形貌的三维测量,所提出的灰色评定方法能够比较有效地进行表面形貌的分离与评定。     

半导体激光器拍摄全息图的研究

半导体激光器输出的光束为椭圆高斯光束,若直接用于全息照相非常不利.采用梯形棱镜对将半导体激光器输出光束进行整形,并且在输出光束束腰位置进行全息照相,拍摄的全息图效果非常逼真.     

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.     

基于CCD对高斯光束进行实时判断及特性参数的测量

主要使用等距四点采光测量法,用CCD进行采样,电脑编程处理来判断、分析和研究高斯光束的光强在空间的分布情况——传播特性。并利用计算机可以实时判断激光器输出是否为高斯光束,如是高斯光束,还可以实验测得高斯光束的径向强度分布、束径以及扩散角。     

基于模拟退火算法的自适应近场光束整形

在激光实际应用中,为了提高系统的利用效率,常常需要将激光器的输出光束整形为特定光强分布光束.基于纯相位液晶空间光调制器的高空间分辨率、实时可编程控制等特性,结合模拟退火算法搭建了一套自适应近场光束整形系统.理论模拟了该系统对于理想高斯光束的近场整形效果,并基于这一闭环系统,对固体激光器输出的近高斯光束进行了近场光束整形...