基于微透镜阵列的大功率紫外激光匀化技术

应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光,为满足精密加工的高均匀度要求,开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法,建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型,并以准分子激光为仿真光源,通过对离焦量、阵列间距等参数的分析,确定了最佳设计参数,实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外,详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响,并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。

短波红外成像变焦匀化激光照明系统（英文）

针对近年来得到迅速发展的短波红外成像系统,分析了增加激光主动照明的必要性.目前常用的激光照明匀化方案均匀性均不高,达不到照明成像的要求.提出了连续变焦激光照明系统,使用成像镜头把光纤端面的像直接成像在被照明表面,照明光斑均匀.分析了变焦照明系统的设计理论,设计了25倍变焦的短波红外激光照明系统.该照明系统的光学镜头由3组镜片组成,由凸轮结构实现连续变焦.体积小,结构简单,变焦倍数大.最终实现了2～50°的照明角度连续变化.照明光斑均匀度达到92.7%.进行了野外成像实验,对人员识别距离可达1.2 km.设计的连续变焦激光照明系统对提高短波红外成像系统的夜视能力具有较高的意义.

激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计

激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η;>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η;>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。

光伏缺陷检测激光光源的均匀化设计

针对光纤耦合式半导体激光器输出激光能量的分布不均匀问题,提出了一种梯形反射圆筒实现激光系统均匀性设计的方法,通过MATLAB对该方法中的光路及校正前后的激光分布曲线进行了仿真和分析,从而得到最优化的参数数据。仿真结果表明,该方法用于激光非均匀性的校正是可行性的。

用于无线能量传输的高效率半导体激光器设计

激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线能量传输发射端的高效率半导体激光器设计方案。基于合束效率较高的空间合束设计了一套高功率高效率半导体激光系统,接收端光斑不均匀度可优化至0.207,有效窗口内收光比大于94%。搭建了千瓦级激光无线能量传输实验装置,发射端半导体激光系统直接输出矩形光斑,与矩形光电池匹配,提高了电池阵布片率。利用多光束指向性可调节特点,优化了接收端光斑均匀度,有利于提高接收端电池的转换效率及简化电源管理。该设计与研究为激光无线能量传输的实际应用提供了借鉴意义。

非球面透镜组激光光束整形系统

在激光显示等领域常常需要光强均匀分布的激光光束,为此,深入分析了一种非球面透镜组激光光束整形系统的设计方法,该方法可以将入射光束为准直的单模高斯激光光束整形为光强均匀分布的准直平顶激光光束;给出了该非球面透镜组设计的基本过程,主要包括输出光束函数的选择、光线映射函数的确定和非球面参数的确定;最后选择光线映射函数具有解析解形式的匀化洛伦兹函数作为输出光束分布函数,分别确定了伽利略型和开普勒型的非球面透镜组激光光束整形系统的参数。

高功率激光电池输出特性仿真分析

激光无线能量传输能够为各类平台提供能量补给,维持设备运行。激光电池是激光无线传能系统中的核心组件,为了研究大功率GaAs激光电池的输出特性,设计了大功率激光电池,并仿真分析了不同激光功率密度、温度等对激光电池电压、电流和转换效率的关系。实验和仿真结果都表明激光电池在100 mW/cm^(2)激光功率密度下,激光电池转换效率最高可达46.6%。并对高功率激光光束进行了匀化设计,仿真计算结果表明激光光束工作面最高功率密度可达3000 mW/cm^(2),不均匀度小于9.1%。研究首次采用单片式结构实现大功率光电转换,研究结果为大功率激光电池工程化研制奠定基础。

激光夜视技术及其在铁路视频监控中的应用

以激光器为基础的激光技术近年来在我国得到迅速发展。在安防监控领域,激光照明器正越来越广泛应用于激光夜视仪等新型设备。为实现铁路沿线全天24?h高清监控,对视频监控系统的建设和完善提出了更高要求,在恶劣、全黑环境下,前端硬件设备本身的性能显得非常重要。重点分析影响激光夜视仪效果的内外部因素,探讨激光夜视技术的发展方向。

基于均匀度和平稳度的激光光束匀化性评价

针对激光光束匀化的目的和特性,对现有的光束匀化性评价方法进行了分析,说明了这些方法的特点和存在的问题。提出了一种基于均匀度和平稳度的光束匀化性评价方法,该方法使用面阵CCD采集激光光强分布图像,通过图像处理分析光斑图像,采用均匀度和平稳度评价方法对光斑的整体能量分布和散斑进行评价。实验结果表明该评价方法可以较好地反映激光光束匀化状况。