非旋转对称光束的像散系数a_(ZF)

基于二阶矩定义,综合考虑像散光束的非旋转对称性,提出采用M^4参数来描述光束的像散特性。推导出了在指定方位角上像散基模高斯光束、像散厄米高斯光束传输和像散光束的束腰、发散角的解析表达式,提出采用像散系数a_(ZF)表示光束的像散特性,最终给出了用像散系数a_(ZF)表达的M^4参数(M_(xx)~4、M_(yy)~4、M_(xy)~4和M_r^4)的解析表达式。另外,根据实测光束的M4参数反过来也可以求出光束的像散系数a_(ZF)及光束在主方向上的M^4参数等。光束经过无像差旋转对称光学系统传输时,其传输不变量为a_(ZF)、J_(ZF1)和J_(ZF2)。本文所得结果对实际工作中激光器的设计、制造和应用有重要的参考价值。

扭曲光束的产生及表征

对于光斑主轴在传输过程中不停变化的扭曲光束,采用光斑主轴方向上的光束传输比对光束质量等特性进行表征和描述并不全面。针对扭曲高斯光束,在光束传输矩阵的理论计算的基础上,研究了通过双柱透镜产生扭曲光束的方法;推导得到了光束在交叉方向上光束传输比的表达式,并定义了一个新的物理量-光束的扭曲系数;分别采用光束传输矩阵和数值模拟,得到了不同柱透镜之间夹角和间距下的扭曲系数,通过光束传输比和扭曲系数共同对扭曲光束进行表征。结果表明,相比于单纯的光束传输比,两者的组合能够更好地对扭曲光束进行表征。通过实验对理论和仿真结果进行了验证,理论结果和实验结果相符。

准直误差对光束质量因子测量影响的理论与实验研究

测量激光光束质量(M^2)因子时一般要求光路准直,同时要求降低噪声对光斑半径测量的影响。光路偏移会导致CCD采集的光斑偏离CCD中心,噪声使偏移光束的光斑半径和M^2因子的测量值存在额外误差。针对含噪声且光路偏移CCD中心的情况,提出了一种测量M^2因子的改进方法,即当光路不准直时,在光路每个位置采集两个不同偏移量的光斑,则可校正得到光斑半径的真实值,从而得到无准直误差的M^2因子。理论推导了激光光束的光斑半径和M^2因子与偏移量的变化关系,通过数值仿真和实验研究了偏移光束的光斑半径和M^2因子随偏移量的变化,二者结果一致,验证了所提方法的可靠性。