大长宽比、变发散角光束二维变焦整形研究

为实现激光束形状的二维整形,同时灵活适应入射光束发散角、尺寸等参数的变化,提高光束质量,提出了一种适用于大长宽比、变发散角的激光束二维变焦整形方法。该方法利用光线变换矩阵方法分析光路,采用柱透镜、球透镜对光束进行二维变焦整形,通过镜片位置和间距的动态调节,实现对光束在x,y两个维度上的尺寸、发散角共四个参数各自独立的调整,实时校正激光束的低阶像差,使出射光束始终保持为预定状态。试验研究表明,该方法具有光路结构简单、综合像差小、调节范围大等优点,能够显著改善高功率激光器的光束质量,尤其适用于具有大长宽比增益区的板条激光器和化学激光器的输出光束整形。     

一种大功率宽波段激光束散角的校准测试方法

在大功率激光系统的评价与分析中,激光器的光束品质是系统光束品质的决定性因素,也是激光器验收、鉴定的重要指标,其中束散角是判别激光光束质量的重要参数。本系统测试激光波长的范围比较宽,一般在0.532μm～10.6μm之间,没有合适的探测器能够覆盖整个波段,所以采用了一种新的方法来解决宽波段束散角的测量问题。选用CCD成像和扫描狭缝相结合的方法来实现宽波段激光光束束散角的测量,可见光和近红外波段（0.532μm～1.2μm）激光光束采用CCD法测量激光束散角,中红外波段（1.2μm～10.6μm）激光光束采用扫描狭缝法测量激光束散角。两种方法的结合可以较为精确地测量出不同波段的激光束散角。     

刀口法测量He-Ne激光束发散角实验的再认识

对刀口法测量He-Ne激光束发散角的测量原理从理论上进行了证明,然后根据激光束相对功率为0.25和0.75的点位于高斯分布曲线极大值两侧,距离为ep=0.674 5σ=0.337 3W,对测量实验数据进行曲线拟合,求得其激光光束发散角。     

基于多色散斑延长效应的表面粗糙度测量及影响因素分析

粗糙表面在多波长激光束照射下形成的多色散斑场显示出散斑延长效应,利用此效应可以测量表面粗糙度,并且测量结果在一定条件下不受粗糙表面横向特征的影响。通过模拟计算随机粗糙表面的多色散斑场,以空间平均的多色散斑场局部自相关函数研究了平均散斑延长率〈χ〉对表面轮廓均方根偏差σh的依赖关系,分析了测量系统因素,如入射激光波长组合、成像器件光敏单元尺寸和动态范围对测量结果的影响。结果表明,以空间平均的局部自相关函数代替集平均的散斑自相关函数描述多色散斑延长效应是有效的;为达到一定的粗糙度测量精度,应选择合适的入射激光波长组合和合适的成像器件光敏单元尺寸。     

大口径激光波前测量方法

采用大型透镜阵列对激光波前进行采样，实现了对宽光束的测量。大口径激光束经过大型透镜阵列进行采样形成光斑点阵，通过成像系统，获取点阵图像，得到激光束波前信息，根据激光传输理论和光学系统像差理论，已知激光束的波前函数和强度分布时，可以求出激光束会聚后在焦面处任意位置的光强，因此激光束的波前、发散角、近场分布、远场分布等参数能够通过测量求解得到。     

用于实验教学的激光高斯光束参数测量系统

组建了一套激光高斯光束判断和参数测量系统,分别在近场和远场进行多点测量,再进行双曲线拟合,即可得到光束的束腰及其位置、瑞利尺寸、发散角和光束质量因子.     

水下距离选通成像雷达激光照明模型

基于脉冲激光器的水下距离选通成像雷达是水下光电探测的重要手段之一,为了在探测距离内获得有效的照明范围,在小角度散射条件下,推导了水体光束扩展函数,提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用532 nm调Q倍频Nd:YAG脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结果进行对比表明,该激光照明模型能够较好地吻合实验结果。模型误差随着照明距离和激光发散角的增加而变大,在目标平面直径为1 m的圆形照明区域条件下,仿真得到的照明光斑半径在8.5个衰减长度范围内与实测值误差不超过0.1 m。     

基于CCD测量激光光束质量M~2

设计并搭建了一套基于CCD测量激光光束质量M2的系统。采用CCD测量激光光束在不同位置处的光束直径,通过非线性最小二乘法拟合测量数据获得光束腰斑直径和远场发散角,再通过公式计算得到激光光束质量M~2。利用本系统测量多组数据,并与专业M~2仪所测的数据进行对比,二者一致性较好,表明采用本实验装置测量激光光束质量M~2可以有效地替代M~2仪。     

提高深紫外光刻照明系统扩束单元光束均匀性的方法

在曝光线宽为90nm节点的投影光刻机照明系统中,针对准分子激光光源扩束后出射光束均匀性较差的问题,用高斯光束边缘叠加能够提高均匀性的原理对反射式扩束单元进行了分析。结果表明,平行反射式扩束单元出射光束之间叠加尺寸与反射板某区域透射率存在矛盾,制约了照明光束均匀性的提高。为此,提出了非平行反射扩束镜组,推导了出射光束尺寸、叠加子光束个数与两反射镜楔角之间的关系式,确定了楔角的取值范围和扩束单元的结构形式。通过建模分析,验证了设计的扩束单元在实现光束一维扩束的同时,不仅减小了叠加光束的干涉散斑效应,还提高了光束均匀性。     

散斑位移量与照明激光束特性关系的实验研究

激光照射到粗糙物体的表面会形成激光散斑，散斑随物体的运动而运动，特别是物体在自身平面内运动时散斑的同步运动比较显著，因此可以用这一现象测物体的微小位移，散斑运动规律与照明光束的特性有关，本文通过实验研究了不同光束照明下散斑位移的规律，验证了散斑位移理论，并指出散斑位移测量中应注意的问题。     

激光引信中阵列激光二极管光束参数的测量方法

根据激光引信中激光器的脉冲功率高、发散角大的特殊测量要求,比较了ISO 11146标准文件对激光束的3种测量方法,以二阶矩法为基础,运用机械扫描法测量光束截面的功率密度,进而再现出光斑图形。采用光能量降为最大强度的1/e2来定义光束束宽,通过等强线求出了宽度和远场发散角。     

激光变倍准直扩束系统设计

激光准直扩束系统可应用在激光测距,激光切割,空间光学激光干涉仪等各个领域。其主要作用是通过改善激光束的空间发散角,提高光束的准直性,使激光束达到对孔径的要求。基于无焦变倍原理运用Zemax软件模拟设计了一激光准直扩束系统,入射激光波长为1064 nm,发散角小于5 mrad,入射直径为1 mm,准直扩束系统的扩束比4~24倍连续可调,可实现压缩光束的发散角(出射光发散角可压缩至0.208 mrad),扩大光斑尺寸,达到对激光准直和扩束的目的。不同倍率下波像差最大均方根(RMS)值为0.1769λ,均小于λ/4,满足像质评价要求。此设计结构简单,易于加工装调,具有较高的实际应用价值。     

光电子技术与器件 电视、电视技术

TN949.152006054464激光显示中斑纹横向尺寸的估计=Esti mation of laserspeckle transverse size in laser display[刊,中]/郝丽(中科院长春光机所.吉林,长春(130033)),张岳…//液晶与显示.—2006,21(3).—241-245介绍了减弱散斑的很多方法,并分析了这些方法用来抑制激光显示中散斑的缺陷。通过研究分析激光电视的工作原理,得出了激光电视屏幕上散斑的形成原因。建立了出瞳面和像面的二维坐标系统,利用统计光学方法得到了像面散斑光强横向自相关函数和规范化自相关函数的表达式,进一步推出像面散斑横向尺寸的平均大小。以红光为例,计算出…     

单幅对称变形相位图分离二维变形分量的相移电子散斑干涉技术

提出了利用相移电子散斑干涉测量物体二维变形分量的方法.单光束照明的传统电子散斑干涉技术,测量得到的是一幅物体变形的混合相位场.当物体具有对称变形时,可由这一幅相位图求得二维变形分量.方法是将该相位图镜像翻转得到第二幅相位图,通过二幅相位图的叠加、复位和分离运算,获得物体的二维变形场的分量值.利用三点加载的简支梁进行了实验,给出了实验结果,并与对称光照明实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性.     

非傍轴洛伦兹光束的传输特性研究

基于光强二阶矩理论,推导出非傍轴洛伦兹光束的远场发散角、近场发散角、束腰宽度以及光束传输因子的解析表达式,并通过数值模拟,得到它们与对应束腰宽度以及波长的关系。结果表明:与非傍轴高斯光束相比,在满足二极管激光器物理机制的条件下,非傍轴洛伦兹光束更符合二极管激光束的实际情况,因此,非傍轴洛伦兹光束更适用于描述二极管激光器等光源尺寸小且发散程度较大的激光光源。     

基于自相关函数的激光散斑统计半径的测量

为了测量激光散斑的统计半径,运用统计光学理论推导了二维近场散斑光强的归一化自相关函数,并提出了通过求解散斑图像自相关拟合函数的系数来计算激光散斑统计半径的一种测量方法,利用该测量方法编制的测量软件可以方便地计算出激光散斑的统计半径.通过对尺寸已知的模拟散斑的测量,测量结果与实际尺寸相吻合,证实了该测量方法的可行性.     

利用激光三角测距法提高三维面型检测精度的方法

本文首先介绍了根据激光三角测距原理并采用片光照明、面阵ＣＣＤ接收的三维面形检测原理，其优点在于物面相对于测量头仅需一个方向移动即可完成二维扫描，使测量系统结构简单、便于控制。其次分析了影响其测量精度的几个主要因素，即散斑噪声、接收器件本身的分辨率、投影片光束的宽度与稳定性。散斑噪声造成了投影光斑的抖动，ＣＣＤ的分辨率限制了测量系统的分辨率，而片光束的质量影响着ＣＣＤ光敏面上像斑的准确定位。针对其各自的特点给出了相应的解决途径。     

高斯光束照射下的近似Talbot自成像效应及其两种新应用

本文讨论了高斯光束照明下的Talbot近似自成像的性质.提出了利用Talbot自成像测量高斯光束发散角的简便方法;也提出在满足一定条件下,可得到自成像的超高倍放大率.     

“LPP-EUV”光源中的高功率CO_2激光监测与控制系统

为了满足激光诱导等离子体（LPP）体制下极紫外（EUV）光源对CO2激光器提出的稳定性需求,建立了简化的CO2激光传输系统模型,根据光束稳定性需求对光束功率、指向和位置的监测与控制方法进行了理论和实验研究。根据高功率CO2激光传输系统特点,在实验室内建立了上述光束监测和控制实验系统,包括光束功率控制模块、光束指向控制模块和光束参数监测模块,其中光束参数监测模块可实时测量光束功率、指向、尺寸及发散角等重要参数。仿真与实验结果表明：光束功率控制模块对线偏振激光功率的控制接近1%～100%,光束指向控制模块实现的光束指向稳定度在10μrad以内,可满足CO2激光驱动源的高稳定性要求。     

大气激光通信用直锥形光纤发射天线

 提出采用直锥形光纤作为大气激光通信的发射天线,将多模光纤输出的部分相干发散光束变换为准平行光束的方案,既能得到发散角很小的部分相干激光光束,又能保证激光器输出能量的完全传输。采用光线追迹法分析了任意光束从锥形光纤小端面输入、大端面输出的发散角。结果表明,当直锥形光纤长度大于某一特定值时,从小端面输入的入射角小于数值孔径角的所有光线理论上都可以变换为出射角度小于光纤半锥角的光线,因此直锥形光纤可以作为部分相干光源的准直透镜,代替传统的凸透镜,用于改善光束的发散角。对远场光斑进行了数值模拟和实验研究,结果显示：直锥形光纤透镜对朗伯光源的准直光束比传统凸透镜的准直光束发散角小,光斑半径小且均匀性好,证明用此方法可以得到低发散、低空间相干性的光斑。