用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性

报导用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性的实验结果。系统由计算机控制，可同时显示远场光斑形状及强度分布。测量He-Ne激光器、半导体激光器及氩离子激光器指向稳定性及激光束输出强度的稳定性。     

激光光束指向稳定性的测量

光束指向的精确测定技术是光路自准直系统的重要基础技术.本文给出了激光光束指向稳定性的测量方法,利用图像采集卡、CCD相机和自主研发的图像处理软件,对静态光斑及连续He-Ne激光器的输出激光束指向偏差进行实验检测.结果表明:给出的测量系统光束指向角度的测量精度接近1μrad.     

光学系统的光束指向稳定性光电测试法研究

从振动的基本理论出发,应用矩阵光学理论,推导了光学图像法测试光束指向稳定性的原理。设计了光电法测试光束指向稳定性的测试应用,并搭建了实验光路,结果表明:光学图像法可以准确分析光束指向稳定性误差的大小、产生的误差的振动频率及其影响程度,并结合加速度计的电学法测试,可以探测光路中引起光束指向误差的来源。光电法测试结果正确可靠、简单方便,具有较好的工程应用价值,特别适合大型光学系统的光束指向稳定性测试。     

高功率准分子激光系统光束指向稳定性模拟

根据高功率准分子激光主振荡器功率放大系统像传递结构特点,利用LABVIEW与MATLAB相结合设计了靶面光斑重心的稳定性模拟仿真及分析软件。对光学元件稳定性测量结果和光学元件误差分配结果进行模拟仿真和验证,经过多次再分配实现了系统误差分配的最优化。数据表明,现有实验室条件下,靶面光斑重心稳定性尚不能满足要求;在保持低稳定性指标要求光学元件一定裕量前提下,高稳定性要求光学元件的最优化分配指标为1.7 μrad;实验室现有光学元件在工作条件下能够满足该优化分配指标,在一定程度上减小了对光学元件的结构要求。     

高功率准分子激光系统光束指向稳定性模拟

 根据高功率准分子激光主振荡器功率放大系统像传递结构特点,利用LABVIEW与MATLAB相结合设计了靶面光斑重心的稳定性模拟仿真及分析软件。对光学元件稳定性测量结果和光学元件误差分配结果进行模拟仿真和验证,经过多次再分配实现了系统误差分配的最优化。数据表明,现有实验室条件下,靶面光斑重心稳定性尚不能满足要求;在保持低稳定性指标要求光学元件一定裕量前提下,高稳定性要求光学元件的最优化分配指标为1.7 μrad;实验室现有光学元件在工作条件下能够满足该优化分配指标,在一定程度上减小了对光学元件的结构要求。     

套孔法测量激光光束光斑半径方法探讨

对套孔法中的光阑法与光点法测量激光光斑半径实验中光阑半径的选取进行了分析,实验表明:光阑法所用的光阑半径等于待测光斑半径时,实验结果误差最小;同样用光点法测量高斯光束的光斑半径存在最小针孔直径.     

用于发散激光光束整形的自由曲面透镜设计EI北大核心CSCD

提出了一种激光光束整形自由曲面透镜的设计方法,这种方法可以对有一定发散角的激光光束进行整形。设计分为两个过程:1)设计初始结构,以准直激光光束作为输入光束,采用能量网格划分法,设计自由曲面整形透镜,将设计好的透镜作为下一步设计的初始结构;2)逆向反馈优化法,以带有一定发散角的光束作为输入光束,用上一步获得的透镜作为初始结构,采用逆向反馈优化的方法作进一步优化设计。应用这种方法,以束腰为10mm,发散半角为2.5°的发散激光光束为例,将其整形为40mm×40mm的方形光束,辐射照度均匀度达到了90.4%。最后,对设计的透镜进行了加工误差分析和安装误差分析。分析结果表明:透镜表面面形误差在±5μm范围内对目标平面辐射照度的均匀度几乎没有影响;透镜安装时,纵向位移误差dz对目标平面辐射照度的均匀度影响较小,横向误差dx、倾斜角误差dφ对辐射照度均匀度影响较大。     

提高多光源汇聚光斑中心定位精度的形态学滤波方法

在激光指令传输中,为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离,将多个特性相同的激光器矩阵排列,构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点,采用形态学滤波中的开启、闭合运算,去除背景噪声斑点,平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔,使得能以简化的分割和定位算法,快速获得接近实际的完整光斑边界,光斑中心定位精度的均方差不大于1.2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心,为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。     

艾里光束的光强闪烁研究EI北大核心CSCD

基于Rytov方法并采用von-Karman模型对艾里光束的光强闪烁进行了分析。根据接收器接收面上光强度分布不均匀的现象,提出了艾里光束的面光强闪烁模型,推导了艾里光束在大气湍流中的面光强闪烁的表达式。数值仿真结果表明:当光束宽度一定时,相同光束传播距离下指数截断因子越小,光强闪烁越小;当传播距离为3km、指数截断因子为0.2时,艾里光束的宽度约为1.6cm,光强闪烁最小。此外,光源强度和接收光强相同时,将艾里光束与高斯光束进行了对比,发现艾里光束的光强闪烁小于高斯光束的光强闪烁。     

高分七号卫星足印光斑质心提取方法与稳定性监测

高分七号卫星激光测高仪搭载激光监视相机和激光足印相机,获取的激光光斑和光学足印影像可辅助激光定位.提出一种考虑外界环境对足印光斑成像质量影响的足印光斑质心提取方法.将足印光斑和监视光斑进行最小二乘影像匹配,获取转换模型;由灰度重心法提取监视光斑质心;利用监视光斑质心、通过转换模型得到足印光斑质心.对100组仿真光斑和1...     

Role of optical resonator on the pointing stability of copper vapor laser beam

This paper presents a first comprehensive study on the pointing stability of copper vapor laser with an emphasis on bringing out the role of optical resonator. Long term (∼10 min), single pulse, far-field beam pointing stability of a 5.5 kHz repetition rate copper vapor laser (λ = 510 nm) with plane-plane, unstable and filtering resonators, is studied. It is established that the resonator optics largely decides the CVL pointing stability. Minimum beam pointing angle of 8 μrad from generalized diffraction filtered resonator (GDFR) is obtained in contrast to a maximum value of 120 μrad from the plane-plane resonator. The unstable resonators data is in between. The relative trends in CVL pointing stability are discussed in terms of wave-front distortions due to resonator mode build up from optical noise, thermal and mirror misalignment effects. The degree of optical resonator immunity to phase distortions dictates the net pointing stability achieved.     

大气环境下激光光斑瞄准偏差的补偿方法研究

针对大气环境下激光光斑瞄准偏差的问题,设计了激光光轴偏差测试系统,讨论了大气环境中由于诸多因素的影响而导致激光光斑几何中心与目标中心发生偏移而不能对准的现象。提出了数字图像处理技术与重心法相结合的一套新的偏差补偿算法。充分利用激光光斑全场数据,从理论和实验上对大气环境下的激光光斑瞄准偏差进行了分析和研究。外场实验结果表明,该方法可以对瞄准偏差进行有效补偿,具有较高的工程应用价值。     

小视场长焦距镜头畸变高精度测量研究

利用由精密测角仪、显微摄像测量系统、微型双光栅平面干涉仪、平行光管以及星点组成畸变测量系统,对小视场长焦距的镜头进行畸变测量。在计算镜头畸变中,利用中心视场区域内畸变设计无穷小,采用三次多项式拟和的方法,计算镜头理论焦距;在边视场采用像高高次方和视场角正弦高次方加权平均的方法对测量偏差角进行修正,得到各视场的相对和绝对畸变。通过实际测量和计算验证,镜头全视场畸变测量精度可达到0.02%。     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

 实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下,跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下,对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路,在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得上行链路余量最大;对于下行链路,在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合,得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

Direct ultrafast laser micro-structuring of materials using programmable beam shaping

Using active and programmable focal-spot shaping, we demonstrate direct femtosecond laser micro-structuring of materials. Surface marking as well as drilling with user-defined geometrical shapes of small dimensions (20 μm) are performed, without moving the laser beam nor the material target.     

激光动态光束定向系统的跟踪识别过程仿真

 根据目标和背景亮度计算公式和3维图形开发包,建立了仿真3维场景。基于仿真场景,对激光动态光束定向系统的跟踪识别过程进行了仿真研究。分析了跟踪、瞄准过程中各种误差的涵义,研究了视场大小、目标成像姿态对跟踪过程的影响,通过头部跟踪顶点滑动误差的理论值与仿真实验值的比较校验了仿真场景的建立与图像处理方法的正确性。研究了头部边缘跟踪算法,仿真结果基本满足了激光动态光束定向系统对跟踪精度的较高要求。     

Multi-objective optimisation of laser beam cutting process

This paper presents a hybrid Taguchi method and response surface method (TMRSM) for the multi-response optimisation of a laser beam cutting process. The approach first uses the Taguchi quality loss function to find the optimum level of input cutting parameters such as assist gas pressure, pulse width, pulse frequency and cutting speed. The optimum input parameter values are further used as the central values in the response surface method to develop and optimise the second-order response model. The two quality characteristics Kerf width (KW), and material removal rate (MRR), that are of different nature (KW is of the smaller-the-better type, while MRR is of the higher the better type), have been selected for simultaneous optimisation. The results show considerable improvement in both the quality characteristics when the hybrid approach is used, as compared the results of a single approach.