拟合法测量高斯光束的束腰半径

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过功率与孔径的关系式.采用2种不同拟合方法对高斯光束的束腰半径进行了测量.为减小激光器功率不稳定带来的不利影响,实验中采用双光路进行测量.结果表明,用拟合法测量高斯光束的束腰半径不仅合理,而且可行.

平面近场测试高斯波束束腰半径的方法

高斯波束理论广泛应用于准光学、毫米波领域,束腰半径作为高斯波束最重要的参数,在工程应用中具有重要价值,有必要对其进行精确测量。提出了一种基于平面近场测试高斯波束束腰半径的方法,对准光学、毫米波装置的出射波束进行平面近场测试,根据采集的近场数据,反演远场方向图计算出束腰半径大小。进一步对近场电场数据进行高斯函数拟合及后处理,并利用高斯波束传输理论计算出束腰半径位置。本方法完全借用平面近场测试条件,通用性好,特别是解决了大口径装置束腰半径难以测试的难题。

由激光束腰半径小于几何光学束腰半径谈光子纠缠态

首先,从激光器凹形反射镜有源稳定共焦腔具有束腰半径而非圆柱形激光束,由此考虑到:激光器谐振腔中光束为且有包括束腰细处呈现双曲线形而非圆柱形是与谐振腔中反射境为凹镜有关的,进而考察有关实验数据,即从(二氧化碳激光器与氖氦激光器)束腰半径与反射镜半径之间的关系这两个特例进行考察,用激光器谐振腔中光线往返传播矩阵计算出谐振腔中心点O往外至反射镜半径之半处O_1到两反射镜边缘连线A^1O_1A为光线近似为零区,而AO_1A'BC'O_(11)CB'A为光线密集区,据对称性可知轴的另一侧的光线密集区的位置。考察结果是:不仅二氧化碳激光器、氖氦激光器,而且一般的共焦腔凹形反射镜激光器的基模束腰半径W_(os)小于OO_1,即Wos小于反射镜半径的一半是一个普遍规律.然后,解释了束腰半径Wos小于反射镜半径一半a/2的原因,最后,解释了《激光原理》中的共焦腔模的场为什么主要集中在反射镜面中心附近很小的区域的原因。

基于刀片法的飞秒激光束腰半径的实时测量与计算

利用LabVIEW软件编程,使用数据采集卡配合光功率计,通过刀片切割光束的方法测量并计算了经过凸透镜的飞秒脉冲激光的束腰半径。对光功率随刀片位置变化的关系进行拟合,可以在线实时测量精确度为微米量级的激光束腰半径。对经过会聚透镜焦点附近的飞秒激光束腰半径进行了测量,发现在焦点之前束腰半径随位置的变化满足经过焦点后测量的束腰半径偏大,这主要是由于飞秒激光聚焦后峰值功率极大,对刀刃产生了破坏作用。

束腰半径对高能电子与圆偏振激光对撞运动轨迹的影响

根据Lorentz方程与电子能量方程建立了单电子对撞模型,并借助MATLAB软件模拟了与不同束腰半径的激光脉冲对撞的电子的三维运动轨迹,详细研究了圆偏振紧聚焦高斯激光脉冲束腰半径与对撞电子运动轨迹间的关系。研究结果表明,对撞电子运动轨迹的最大振幅随束腰半径的增大而增大。且在激光脉冲束腰半径较小时其变化对电子运动轨迹影响较大,随着激光束腰半径的增大,其变化对撞电子运动轨迹的影响逐渐减弱,在束腰半径大于4倍激光波长时即可近似认为束腰半径增大不再会对电子运动轨迹产生影响。

束腰半径对高能电子与激光脉冲对撞辐射峰值的影响

为了探究激光的束腰半径b 0对高能电子与激光脉冲对撞辐射特性的影响,以Lorentz方程以及电子辐射方程为基础建立了紧聚焦圆偏振激光与单电子对撞模型。使用MATLAB进行数值计算,获得了笛卡尔坐标系中电子的运动轨迹,基于模拟计算的结果深入研究了紧聚焦圆偏振激光脉冲的束腰半径与电子间的辐射功率峰值之间的关系。结果表明:当束腰半径较小时,峰值辐射功率随着束腰半径的增大而增加,在b 0=1.7λ0处达到最大峰值辐射功率,接着束腰半径的增大反而会引起峰值辐射功率的缓慢降低。此外,寻找到了一个最佳的观测θ角区间[144°,151.5°],在这一观测范围内能观测到较高的辐射功率,且电子与圆偏振激光脉冲的对撞能产生超短阿秒脉冲。

基于激光束腰半径控制获得准直高能电子束

电子在理想的平面波光场中运动时,在有质动力的作用下,在脉冲上升沿将经历一个加速阶段,下降沿经历一个减速阶段,由于任何一个周期中加速和减速阶段完全对称,电子无法获得能量增益。当激光是聚焦脉冲时,激光中心光强远大于外部范围的光强,电子在聚焦面附近经历脉冲上升沿获得大量能量,而远离脉冲中心后进入减速阶段时场强减弱。利用加速和减速作用的不对称,电子就可以在和激光脉冲分离后获得能量增益。本文研究了线偏振紧聚焦的激光脉冲在真空中对初始静止电子的加速过程,讨论了当激光参数a0=6,0L=5λ以及电子初始能量0γ=1时,激光脉冲聚焦处束腰半径0b与电子离开光场后其能量增益?γ以及速度偏角θ的具体关系,得到0b取03.05λ时可获得较高能量且准直性最好的电子束。

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。

基模高斯光束束腰半径的限制

应用标量光场横截面上光强的精确定义 ,通过对自由高斯光束在垂直光束传输轴的横截面上光强分布的计算 ,指出了对基模高斯光束束腰半径的限制。

小孔拟合法测量高斯光束的束腰半径

基于高斯光束在横截面上的光强分布特性,对小孔扫描法测量高斯光束的束腰位置和尺寸的方法提出改进,通过在同一截面的不同位置多次扫描测量,然后用测量结果来拟合截面半径,弥补了通过光强大小来确定光束中心时会带来误差的不足。在实验中用小孔拟合法对633 nm的He-Ne激光器束腰位置和半径进行测量,并在用改进后的小孔拟合法得到的高斯光束的束腰位置上,用小孔扫描法进行测量来对结果进行验证,最后测量得到的结果与改进后的小孔拟合法得到的结果一致,说明了方法的可靠性。

高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量

研究了如何提高高斯光束束腰位置及束腰半径的测量精度.从高斯光束的对称性出发,测量了其束腰位置.根据高斯光束通过薄透镜的传输特性,结合已确定的聚焦高斯光束的束腰位置,得到了待测高斯光束的束腰位置及束腰尺寸.根据高斯光束的对称性,直接确定了待测高斯光束的束腰位置,进而在该位置对束腰半径进行了实际测量.结果表明:反推的束腰位置及尺寸分别可精确到0.01mm和0.1mm,且反推结果和实际测量结果一致.

LD端面抽运Z型腔的Nd∶GdVO_(4)激光器稳定性研究

为了提升半导体激光二极管端面抽运Z型腔固体激光器的稳定性,以Nd∶GdVO_(4)固体激光器为例,采用数值模拟的方法,在考虑晶体热透镜效应的情况下,研究了Z型谐振腔的臂长、镜片曲率半径等参数对高斯光束的影响,得到了晶体热透镜焦距随抽运光功率变化的关系曲线、谐振腔稳定性随热透镜焦距变化的关系曲线、以及高斯光束束腰半径随谐振腔分臂长和镜片曲率半径变化的关系曲线,并绘制了高斯光束的轮廓曲线。结果表明,适当选取Z型腔的分臂参数可在晶体主平面和后端镜处获得较小的束腰尺寸。本研究结果可对Z型固体激光器谐振腔的搭建提供理论参考及依据。

高斯波束对水中球形粒子的声辐射力研究

该文根据级数展开理论,将入射高斯波束用球函数展开,计算了高斯波束的波束因子,并根据声波辐射力理论,推导出球形粒子在高斯波束轴上偏离高斯波束中心时所受声辐射力的解析表达式,对刚性和液体球形粒子在高斯波束作用下的声辐射力进行了数值模拟,分别讨论了高斯波束束腰半径的变化及球形粒子位置的变化对辐射力特性的影响。仿真结果表明,当球形粒子半径与波长的比值(ka)固定时,高斯波束束腰半径对声辐射力有影响,随着束腰半径的增大,球形粒子所受的声辐射力逐渐变小;当球形粒子的半径相对波长较小,球形粒子在波传播方向上向相反方向等距离偏移高斯波束中心时,球形粒子所受的声辐射力大小相等,方向相反。

高斯波束对水中柱形粒子的声辐射力研究

根据级数展开理论,将入射高斯波束用柱函数展开,计算得到高斯波束的波束因子。根据声波辐射力理论,推导了水中位于高斯波束中心的柱形粒子在声场中的辐射力的解析表示式,对不同材料的柱形粒子在高斯波束作用下的声辐射力进行了数值模拟,讨论了高斯波束的束腰半径的变化对柱形物体所受声波辐射力的影响。仿真结果表明,高斯波束的束腰半径对声辐射力有影响,随着束腰半径的增大,位于波束中心的柱形粒子所受的声辐射力逐渐变大,当束腰半径远大于声波在水中的波长时,声辐射力的大小接近平面波声场的声辐射力。

聚焦光束在生物组织中传输的数值模拟

目的模拟光子在生物组织类物质中的传输过程,分析漫反射光能分布和组织内部目标区域内光能分布特性。方法采用蒙特卡洛数值模拟方法,在生物组织内设定目标区域,将光子分为一类和二类光子进行研究。模拟高斯聚焦光束入射并记录目标区域的光能密度分布以及漫反射光子的能量状态和平均散射次数。结果在目标区域,被散射的一类光子数目随聚焦深度的增加衰减迅速。目标区域外被散射的二类光子的能量分布和平均散射次数基本恒定,与聚焦位置无关。在组织内部聚焦位置的能量密度分布与束腰半径和聚焦深度相关。结论在散射作用下,一类光子和二类光子随聚焦深度具有不同的衰减特性。聚焦于目标区域的光能密度分布存在扩散现象,高斯光束的束腰越小的光束产生的扩散现象越严重,透射深度越浅。数值计算结果可为生物医学光学成像和光动力医疗研究提供参考。

高斯光束质量因子的研究

应用标量光场横截面上光强的精确定义,计算了基模高斯光束的光强二阶矩及光束质量因子,结果表明,当基模高斯光束的束腰半径ω0 λ时,光束质量因子M2非常接近于1,当光束束腰半径较小时,计算的光束质量因子存在较大误差。文章进一步用严格的光场角谱表示法计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子,并对一些相关问题进行了讨论。

He-Ne激光束远场发散角的精确测量及误差分析

首先利用远场光斑测量法,测得GY-10型He-Ne激光器的远场发散角为1.15mrad。接着,根据高斯光束对望远镜系统变换,通过两个望远镜实现He-Ne激光束的准直,得到水平方向的远场发散角75.78μrad,垂直方向76.53μrad。最后,对实验中存在的误差分析可知,可用多次测量求平均值的方法消除误差;准直望远镜系统的微小失调可引起出射激光束远场发散角有较大的变化;测量系统中需使用长焦距的凹面镜。

基于MEMS可变形反射镜的激光整形研究

应用MEMS可变形反射镜进行激光光束整形技术研究。首先建立平顶光束整形的理论模型,通过近轴透镜聚焦后的光场,利用柯林斯广义衍射积分公式对高斯光束整形模拟仿真,分析不同束腰半径和发散角的高斯光束对整形成平顶光束的影响。设计基于可变形反射镜的平顶光束整形的光路实验,通过平顶光束整形的理论模型和泽尼克多项公式,得到MEMS可变形反射镜各单元的驱动电压参数,实现平顶光束整形光场分布。在基于MEMS可变形反射镜的激光整形研究分析中,利用波前传感器对整形平顶光束进行光斑分析,得到基于可变形反射镜的平顶光束整形实验结果。对实验结果和理论仿真进行对比分析,得到其规律基本一致,结果较为理想。

一种激光束形参数简便测试方法

在以激光作为测试光源的高精度测试装置中,激光器实际输出的束形参数值与其标称值的偏离会直接传递并影响到后续测试结果的准确度。提出一种基于CCD的多点测试方法,此方法在不降低测量精度的条件下可实现激光束形参数的简便测试。在搭建的测试装置上实现了633nm He-Ne激光器束腰半径、远场发散角和M2质量因子的测量,可以方便地评价激光光束质量。将束形参数简便测试方法的结果与法国Phasics公司的SID4波前探测器的测量结果进行了比对,结果表明,激光束形参数简便测试方法不仅能用于激光束形参数的简便检测,而且具有较高的精度。

基于数学模型的低衍射光束结构参数优化方法

为提升入射光的尺寸条件及光栅周期,实现低衍射光束的区间定量选择,提出基于数学模型的低衍射光束结构参数优化方法。在特定数学模型的支持下,确定光束的近轴度数值,通过表述矢量光束级数的方式,计算位移角的动量数值,完成光束结构的矢量特性表征。在此基础上,分别确定低衍射光束束腰半径的下限与上限数值,再对比结构参数优化波的相位差值,实现基于数学模型的低衍射光束结构参数优化方法的设计。实验对比结果表明,与定频式和动频式调整方法相比,低衍射光束结构参数优化方法将入射光尺寸控制在10.00μm^15.00μm之间,且充分扩张了原始光栅周期,从根本上实现了低衍射光束区间的定量选择。