多路激光集束的焦斑测试技术

为了实现多路激光集束焦斑测量,给出其时间和空间分辨的特性,搭建了基于成像系统、光电管结合示波器、条纹相机和科学CCD等主要部件组成的焦斑光学测试平台。实验之前,对科学CCD的灵敏度和动态范围及条纹相机增益系数、狭缝宽度、扫描时间等性能参数进行离线测试标定。采用CCD测试多路激光时间积分的集束焦斑空间分布;采用光电管结合示波器及条纹相机对多路激光到达靶点的时间同步进行测试;开展高质量集束焦斑的时间分辨特性测试,获得了光谱色散匀滑光束焦斑精细的时空演化图像。多路激光集束焦斑形态及多路光束时间同步测试为提升高功率激光装置焦斑测试技术和方法提供了支撑。

基于数学形态学的小孔径高斯光束光斑半径测量方法

为减小现有的激光光束光斑半径测量方法的测量误差,设计基于数学形态学的小孔径高斯光束光斑半径测量方法。对小孔径光斑几何特征进行划分,计算探测误差,获取光斑能量在探测器光敏面上的均匀分布函数,得到质心点到光斑轮廓点的距离。建立高斯光束光斑轮廓模型,获取位置轮廓的灵敏度,并计算其在某光斑点位的能量值,通过质心点的误差函数,得到光斑点的轮廓函数。基于数学形态学设计光斑半径测量方法,计算不同方向与尺度元素在对角线上的梯度幅值,得到激光光束光斑的半径长度。分析光照强度与发射角对测量精度的影响,实验结果显示:在该激光光束下,光照强度为80且发射角度为1.8时,测量误差最小。对比4种测量方法的测量误差,由数据可知,数学形态学的测量方法误差最小,可见该方法优于其他测量方法。

束斑直径和能量密度对锆石U-Pb定年准确度的影响研究

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)是锆石U-Pb定年常用的方法之一。应用LA-ICP-MS进行锆石U-Pb定年的过程中,束斑直径的大小和能量密度的高低是影响定年准确度的两个关键因素。本文开展了应用LA-ICP-MS在不同束斑直径和能量密度条件下对锆石标样91500和GJ-1 U-Pb定年结果准确度的对比研究,旨在优化LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的方法,提高分析准确度,也为其他实验室开展类似的研究工作提供一定的借鉴。实验结果表明:在剥蚀频率、扫描速度、载气流速保持不变的前提下,当能量密度固定,随着剥蚀束斑直径从25μm增大至65μm的过程中,锆石91500和GJ-1在互为标样和盲样的条件下实测年龄结果与推荐值之间的相对误差(RE)不断减小(RE分别为0.61%、0.41%、0.13%和0.08%),即增加束斑直径降低了相对误差,提高了定年准确度。而当束斑直径固定时,能量密度≤3.5 J/cm^(2)时,随着能量密度不断增大,实测年龄结果与推荐值之间的相对误差逐渐减小(RE分别为8.69%、3.48%、3.95%、4.16%和0.41%),定年准确度逐渐增加;但是当能量密度大于3.5 J/cm^(2)时,能量密度增大导致剥蚀速率显著增大,在深度方向上的分馏效应明显增加,对比3.5 J/cm^(2)条件下,此时的实测年龄结果与推荐值之间的相对误差增大(RE分别为2.40%和0.83%),定年准确度降低。因此,在实际测试中,考虑到样品大小和尽可能少地对样品进行破坏,合理的能量密度和束斑大小可以有效提高定年的准确度。

The special shaped laser spot for driving indirect-drive hohlraum with multi-beam incidence

In indirect drive, reducing peak intensity of a single beam and controlling overlap of multi-beams are two opposite requirements for laser focal spot design. In this paper, an improved laser spot design technique for indirect drive built upon the geometric structures of laser propagation into hohlraum has been introduced. The proposed technique is able to generate appropriate continuous phase plate(CPP) producing a special shaped spot that can balance the opposite requirements. The corresponding CPP does not bring difficulties to the design and fabrication. Phase aberrations are more sensitive to the special shaped spot; however, it can be tolerable for the current beam control level.

90／10刀口法测量激光高斯光束束腰的实验研究

利用90/10刀口法测量高斯激光光斑尺寸及光束束腰尺寸,克服了传统方法过程繁杂的缺点,精度高、效率高,操作简单。

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是衡量激光器性能的重要参数。本文探讨用 CCD作为探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸 ,克服了传统测量的繁杂过程 [1] ,并用计算机进行控制及数据处理 ,大大提高了测量精度和效率 。

大功率TEA CO_2激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(≤20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。

利用光束质量分析仪测量M^2因子

激光光束质量是激光器的一个重要技术指标,激光光束质量因子是反映激光光束质量的重要参数。介绍了一种利用光束质量分析仪来精确测量激光光束质量因子的方法,通过透镜将激光束进行聚焦变换,在透镜后方得到腰斑远场变化,利用光束质量分析仪,沿光轴等间隔测量不同位置的束宽,然后采用双曲线拟合来确定激光光束束腰的大小和位置,从而计算出被测激光光束的质量因子。实验数据采用三点法处理,进行二项式拟合,得出了拟合双曲线的参数,通过计算得到了所测激光的质量因子。用透镜焦点处的实测束宽对拟合值进行验证,结果近似,说明测量的结果是可靠的。利用光束质量分析仪的专业性和高精度,能准确测量出计算光束质量因子所需的参数,比常用的CCD测量方法更精确和便捷,能够很好地得出实验所用激光器的质量。

环形斑激光束在非线性克尔介质中环半径的偏移现象

对于非线性克尔介质中的环形斑调制光束 ,通过数值求解非线性 Schrodinger方程发现 :当入射光强度超过一定值时 ,光束在传输过程中将发生环半径偏移现象 .并对环半径偏移产生的条件、偏移的特点 ,以及自聚焦焦点上光强度的横向分布与环半径偏移之间的关系进行了详细的研究 .

环形斑光束在非线性克尔介质中的自聚焦效应

通过数值求解非线性Schr¨odinger方程 ,详细讨论了环形斑光束在非线性克尔介质中的传输特性 .当入射光超过一定的功率时 ,光束产生多级自聚焦现象 ,自聚焦焦点出现在离轴的环上 ;自聚焦阈值与环形光束的半径有关 ;传输过程中光斑存在横向分裂现象 ,并且分裂与聚焦交替进行 ;当两个半径不同的同轴环状光束同时在非线性介质中传输时产生耦合效应 ,耦合效应使其自聚焦增强 .

脉冲激光干扰面阵CCD成像系统的实验研究

为了研究脉冲激光对面阵CCD的干扰效果,采用近场模拟实验的方法,设计了重复频率脉冲激光干扰CCD成像器件近场实验。当CCD器件表面接收激光功率密度达到2.97mJ/cm2时,观察和记录了CCD器件串音饱和现象;当CCD摄像机电子快门打开时,除发射窗口有激光光斑图像外,激光脉冲在激光器出光口竖直方向也会形成偏离出光口位置的漂移光斑图像。分析了CCD摄像机电子快门作用机理及图像信号转移方式机理,并对光斑漂移现象给出了合理解释。结果表明,重复频率脉冲激光可使CCD图像上出现漂移光斑而对图像形成干扰。这为重频脉冲激光干扰CCD的研究提供了理论基础和初步实验验证。

大气湍流对舰载激光通信中光能量分布的影响

针对激光在洋面上大气湍流中传输时,光能量分布发生变化,影响激光通信质量。本文基于大气光通信信道模型,对激光在大气湍流中的传输进行模拟,分析大气折射率结构常数、传输激光的波长,传输距离对光能量分布的影响,并用MATLAB对其影响进行了数值模拟。结果表明:在仅考虑大气湍流对激光传输影响的条件下,传输激光的波长对光能量分布具有重要影响。

激光准直高斯光斑中心位置计算方法分析

结合一种用于大孔同轴度测量的激光准直系统,分析高斯光斑能量中心坐标的几种常用计算方法:对称法、曲线拟合法和重心法。准直系统用单模尾纤半导体激光器作光源,用CCD探测器接收激光光斑。重心法计算时该实验装置实验室内6m距离上的方向稳定性达到1 5×10-6的量级。实验表明重心法有效利用光斑全场数据,对光强分布缺陷不敏感,分辨率和示值重复性都优于对称法和曲线拟合法。

激光加工用半导体激光器的光束变换

考虑不同的激光加工方式对激光功率密度和激光光斑尺寸的要求不同,研究了如何通过调整光路设计实现各种尺寸的聚焦光斑输出,使半导体激光器满足不同激光加工方式的需求。利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直、聚焦等光束变换方式,实现了多种尺寸的光斑输出。实验中采用16个bar叠加而成的980nm半导体激光叠阵,阈值电流为6.4A,最大工作电流为84.8A,最大输出功率为1 280W,总的电-光转换效率为58.9%。准直后快轴的发散角小于4mrad,慢轴的发散角小于20mrad。通过实验对该激光叠阵进行光束整形和扩束准直、聚焦,最终实现了功率为1 031W的激光输出,聚焦镜焦距为300mm时的聚焦光斑尺寸达1.2mm×1.5mm,功率密度达3.8×104 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热导型焊接。

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是标志激光器性能的重要参数 ,也是激光器在应用中的重要参量 .用 CCD作为探测传感器 ,可以更精确地测出激光器的光斑尺寸和束腰光斑尺寸 ,克服了传统测量的繁杂过程 ,并用计算机控制及数据处理 ,测量精度由原来的 10μm提高到 2μm。

光束指向稳定性高精度检测方法研究

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。

镁合金焊接技术的研究现状及应用

镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景, 焊接技术已经成为制约其应用的技术关键。分析了镁合金焊接的主要问题, 介绍了镁合金焊接的研究现状, 综述了镁合金钨极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、搅拌摩擦焊、惯性摩擦焊、激光焊、电子束焊和电阻点焊的特点, 并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。

大气湍流对半主动激光制导中光斑检测精度的影响

为分析大气湍流对半主动激光制导中激光光斑检测精度的影响,结合半主动激光制导的工作原理,研究了光强闪烁、光束漂移、到达角起伏和光束扩展效应降低接收光斑位置精度的机理。提出一种用于表征大气湍流强度的参数(大气折射率常数)定量测试方法,基于该方法进行了样机测试实验。利用不同天气条件下记录的靶标上光斑图像信息,计算出到达角起伏方差,由此计算出照射距离分别为1 km和4 km时的大气折射率结构常数,测试在不同大气折射率结构常数下导引头输出的接收光斑位置坐标数据,并给出了在不同实验条件下测试数据的统计分布特征和标准偏差。实验结果表明:大气折射率常数越大,光斑检测精度越差;而大气折射率常数不仅与大气湍流强度有关,还与照射距离有关;证明了该测试方法的有效性。

扩束系统在激光加工系统中的重要作用

介绍了扩束系统的结构，从理论上计算了扩束系统对激光光束质量的影响，并对其进行了分析和讨论。

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。