太赫兹高斯光束整形环形光束

由于很多实际应用中需要光斑环形分布,因此太赫兹高斯光束整形环形光束的研究具有重要的理论和应用价值。文中利用GS算法设计相位板,将太赫兹波段的高斯光束整形为环形光束。讨论了刻蚀台阶数量对该波段相位板整形结果的影响。对不同传输距离进行了仿真计算,并在实验中将热释电相机PyrocamⅢ作为实验中的探测器对不同传输距离进行了实验。实验结果表明,实验结果与仿真计算结果接近。

高斯光束整形非球面透镜的粒子群优化设计方法

提出了一种设计激光光束整形系统的新方法——粒子群优化算法。根据能量守恒定律,推导出光束整形系统中任意光线与入射面和出射面交点坐标之间的变换关系,并把用此变换关系得到的光线与出射面的交点坐标作为目标值。把追迹光线在输出面上的交点坐标与目标值差的绝对值作为光束整形系统的能量分布变换评价函数,把出射光线方向矢量的y分量绝对值作为准直评价函数,并将能量分布变换评价函数与准直评价函数的和作为光束整形变换系统的总评价函数,依此函数作为粒子群算法中的适应度函数,对适应度函数进行极小值操作,便可得到了一个既能把光强高斯分布转换为光强均匀分布,又能近似实现光束重新准直的非球面整形透镜系统。用这种方法设计了一个单非球面凹平透镜,可以把光强高斯分布、光斑半径30 mm的红光激光光束整形为光强均匀分布、光斑半径为36 mm的平顶光束,且准直出射。证明这种设计方法简单有效。

双自由曲面光束整形系统的虚拟面迭代设计法

双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控,然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现,传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时,存在设计不精准、整形效果差等缺陷,为此,提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果,表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例,虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。

分数Fourier变换域中Gauss光束整形的优化方法

在分数Fourier变换域中从理论上说明了Gauss光束整形问题不能获得理想的均匀光束整形,只能探求它的最佳逼近解。因此,将该问题归结为一优化模型,并提出一有效的最优化方法实现Gauss光束整形。通过对分数Fourier变换和Fresnel变换域Gauss光束整形的数值模拟实验研究,说明该方法可获得良好的Gauss光束整形效果。

一种用于高斯光束远场整形的小型双透镜系统设计

为了实现高斯光束的远场均匀投射,利用Zemax优化设计了一种由双凹、平凸双透镜组成的小型匀光组件。基于理想均匀光斑在其径向上的照度积分与半径呈线性关系的原理,首先利用双凹透镜缩短光路,然后对平凸透镜进行约束优化。该组件长度为24mm,可对波长1 064nm、腰斑直径400μm的激光束实现发散角为6.6°的远场均匀投射。经过设计模型在10m、20m、30m和40 m投射距离处的模拟仿真,结果显示在4个投射距离处的光斑均匀度都大于93.9%,能量利用率均高于90%。该匀光组件仅由2个球面和1个二次曲面构成,结构简单,间隔和厚度公差可达±0.03mm,拥有良好的可加工性和实用性,在激光通信、激光干涉照明等领域中具有潜在的使用价值。