高斯光束在受限空间滤波器中传输的快速分析

根据矩形函数可以展开为有限复高斯函数之和的方法,从柯林斯衍射积分公式出发,对高斯光束通过受限空间滤波器传输特性进行分析,得到了相应的近似解析式。利用Matlab对其解析式进行数值模拟,得出一组直观的结果。通过比较这些结果可以看出透镜的有限尺寸对光束传输的影响,以及空间滤波器的滤波小孔在传输中具有明显作用。     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明：超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

基于亮度的激光光束合成系统性能

光束合成是突破单路激光功率限制、获得高功率激光输出的重要手段。以亮度为判据,对不同光束合成方法的合成效果进行理论研究,给出了激光光束合成效果的预评价方法。分析了亮度、光束质量因子和Strehl比3个描述光束质量的重要参量之间的关系,给出了亮度与Strehl比的关系式,据此得出了相干合成系统与光谱合成系统亮度的定标放大公式,并对两种系统的功率与亮度定标放大能力进行了比较。     

强激光束在柱面镜空间滤波器中的传输特性

为了解决空间滤波器滤波针孔堵孔问题,提出了一种新型柱面镜空间滤波器,新型柱面镜空间滤波器由柱面镜和狭缝构成。利用线性传输理论,对高功率激光束在新型柱面镜空间滤波器中的传输特性进行了数值模拟。结果表明：新型柱面镜空间滤波器的焦斑面积比传统滤波器大,而焦斑功率密度较小;新型柱面镜空间滤波器的滤波效果与传统滤波器相同,近场均匀性也相同。因此新型柱面镜空间滤波器能够抑制空间滤波器堵孔效应,可以缩短空间滤波器系统透镜焦距,从而提高功率装置的整体性价比。由此,采用新型柱面镜空间滤波器替换传统球面镜空间滤波器具有可行性。     

涡旋光束在湍流大气中的光束扩展

涡旋光束在湍流大气中传输时,其振幅和相位会发生随机起伏,导致在接收平面处的光强起伏及光束扩展等。以低阶拉盖尔-高斯涡旋光束为例,利用激光大气传输四维程序数值模拟了不同条件下的涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展。由模拟结果可知,传输距离越长或湍流越强,涡旋光束在大气中传输时的束宽扩展受湍流的影响越大;涡旋光束的拓扑荷数越高、光束的束腰越小或光波的波长越长,其束宽扩展受大气湍流的影响越小。湍流的内尺度和外尺度也会影响涡旋光束的光束扩展,但影响程度相对较小。另外,通过计算仿真还比较了涡旋光束和普通高斯光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展的差异。     

色度亮度空间中的线束端子显微图像分割

为提取检测线束端子质量的相关数据,提出一种在色度亮度空间中分割线束端子显微图像的算法。该方法利用线束端子显微图像的颜色分布特点,用阈值法分割线束端子。通过分析线束端子显微图像的颜色特点,把彩色图像转换至色度亮度空间。为了保证图像内部的颜色均匀,对其中的色度向量进行滤波。借助获取色度向量的红色通道,考虑红色通道直方图双峰夹一谷和双峰夹多谷情况下阈值并分割图像,使用数学形态学方法处理二值图像获得内径轮廓。实验结果表明,分割得到的端子内径轮廓周长偏差小于0.1%,表明此方法可以准确地分割线束端子显微图像。     

强激光大气传输的远场光束亮度仿真研究

为了分析组束激光的战术应用前景,对强激光大气传输的远场光束亮度进行了理论分析和数值模拟。结果表明:10kW量级的强激光有效作用距离不超过10km,需要对发射系统孔径和光束质量进行严格的控制;激光器承载平台的抖动幅度是影响远场光束功率密度的主要因素,在抖动幅度很小或者可以忽略的条件下,湍流和热晕对远场光束起着近乎相同的作用。     

部分空间相干光束在非Kolmogorov湍流大气中的有效曲率半径

激光在湍流大气中的传输有重要的理论研究和实际应用意义.以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分空间相干光的典型例,基于非Kolmogorov谱和广义惠更斯-菲涅耳原理, 推导出GSM光束在非Kolmogorov湍流中的有效曲率半径的解析表达式. 重点研究了湍流参数(包括广义指数α,内尺度l₀,和外尺度L₀) 和传输距离z分别对GSM光束有效曲率半径的影响.结果表明, 有效曲率半径R_x(z)随α和z增加先减小然后再增大, 随L₀的减小而增大(3.6<α< 4),随l₀的增加而增大.并对结果做了物理解释.     

基于四柱透镜结构的线聚焦型空间滤波器光束传输特性研究

针对美国劳伦斯?利弗莫尔国家实验室所提出的四柱透镜结构的线聚焦型空间滤波器(线型滤波器),根据瑞利-索末菲衍射积分和利用Matlab软件对光束在线型滤波器中的传输进行了理论模拟研究,得到了线型滤波器的像传递模式并对其空间滤波功能进行了对比研究。与传统的针孔滤波器不同,线型滤波器的系统前后焦面并不只与透镜焦距有关,还与柱面镜在x和y方向错开的距离相关,其优点是能将高功率激光装置中的远场强度降低约3个数量级,从而大大减小滤波器规模,但同时也带来一个不足之处,即线型滤波器只能在1倍口径匹配条件下满足严格的像传递功能。在1倍口径匹配条件下,线型滤波器的空间滤波功能与传统针孔滤波器也是一致的。     

空间滤波器失调对2kW射频板条CO_2激光器输出光束的影响

2kW射频板条CO_2激光器光束整形系统中空间滤波器具有消除旁瓣、提升光束质量的作用,研究其失调对输出光束的影响具有现实意义。通过理论和实验研究了空间滤波器失调对光强分布的影响,理论分析与实验结果基本一致。数值模拟了失调对输出功率的影响。结果表明,空间滤波器非稳方向横向位移失调对输出功率的影响不是线性的,输出功率损耗随着横向位移的增加急剧增大;对整形光束光强分布的影响很大,失调量大于0.2mm时就会使整形光束非稳方向出现明显的旁瓣。空间滤波器轴向位移失调对功率影响较小,但对光斑形状有比较明显的影响,失调量达到10mm时,整形光束两个方向的直径差可达3mm。空间滤波器旋转失调角度在10°以下时,对整形光束非稳方向光束的影响可以忽略,主要影响波导方向光束,旋转失调会使模式变差。旋转失调对功率也有较大的影响,失调角度为10°时,功率损耗增加到25%。     

基于调制光束的空间相干性获得局域空心光束

通过调制部分相干光的空间相干性,实现了局域空心光束的产生。理论上根据范西泰特-策尼克定理及标量衍射积分,构造出具有一定空间相干性的部分相干光,并研究其聚焦特性。实验上采用理论上要求的光学系统来构造具有特定空间相干性的部分相干光,并采用薄透镜聚焦部分相干光。研究表明,当构造出的部分相干光经透镜聚焦,可得到局域空心光束。研究了光学系统的参数及透镜焦距对产生局域空心光束的影响,结果显示：光阑的拦截比及透镜的焦距越大,获得的空心光束的尺寸就越大。     

光束的空间相干性与空间质量评价

光束空间质量评价的标准应该能够反映光束的空间相干性和强度(功率或能量)分布,并主要由空间相干性的优劣来说明.本文对模式纯度(1-δ)以及空间质量评价因子-衍射极限倍数因子M²做了讨论,并对此因子的表达形式提出了我们的改进建议.     

基于调制光束的空间相干性获得局域空心光束

 通过调制部分相干光的空间相干性,实现了局域空心光束的产生。理论上根据范西泰特-策尼克定理及标量衍射积分,构造出具有一定空间相干性的部分相干光,并研究其聚焦特性。实验上采用理论上要求的光学系统来构造具有特定空间相干性的部分相干光,并采用薄透镜聚焦部分相干光。研究表明,当构造出的部分相干光经透镜聚焦,可得到局域空心光束。研究了光学系统的参数及透镜焦距对产生局域空心光束的影响,结果显示：光阑的拦截比及透镜的焦距越大,获得的空心光束的尺寸就越大。     

固态阴极射线发光亮度的提高

为提高固态阴极射线发光亮度,以碰撞激发为核心,采取了两个方面的措施：第一是增大初电子的密度及过热电子的能量;第二是采用固态阴极射线发光和有机电致发光的混合或级联激发.固态阴极射线发光中的初电子来源包括从电极隧穿的电子和从界面态及材料陷阱中获释的电子.这些电子在电场的作用下在固体薄膜中加速获得能量,成为过热电子.它们碰撞激发有机材料发光后,本身并没有湮灭,而和传导电子及倍增电子一道与注入的空穴复合,产生发光.     

高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中的演化

研究了高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中的演化,结果表明,在不同的外加调制电场作用下高斯光束的光场分布会随着外电场变化而被调制。重点研究了同相位和反相位以及相位差为π/2的高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中的相互作用,在外加空间分布线性增加电场作用下出现了许多新的实用特性,通过调整外加电场分布,可以让两同相位相干光靠得更近而不发生融合,也可以让两靠得很近的反相位光束可控偏转,还可以控制相位差为π/2的两相干光束进行能量转移。这种连续变化的电场可以用阶梯分布的电场替代,为工程实现提供了可能。     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明:光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明：光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。     

光束空间质量评价研究动态

激光问世以来，对激光谐振腔的研究已提供了获得好的空间质量光束的理论依据，并在７０年代初提出了评价的参数Ｍ２因子的物理概念．１９９１年Ａ．Ｅ．Ｓｉｅｇｍａｎ系统介绍了用空间频率法进行光束分析的基本公式及定义，并用强度矩确定实际激光束尺寸的方法，使得用Ｍ２因子来评价光束的质量接近完善的地步．激光科学与技术的发展，促使光束的质量评价制订统一的国际标准，以便广泛地进行世界学术交流，为此，国际标准化组织（ＩＳＯ）下属ＴＣ１７２技术委员会ＳＣ９分会第一工作组（ＷＧ１）经１９９０年以来多次会议讨论，形成一系列…     

应用复振幅滤波器实现高斯光束均匀化

激光束的光强分布为高斯分布。在激光应用的许多领域，要求光束的光强为均匀分布。本文提出了一种利用复滤波器实现高斯光束均匀化的新方法。给出了复滤波器的制作方法和实验结果。实验表明，该方法是一种能量转化率较高、容易实现、均匀化程度较为理想的高斯光束均匀化的方法。