激光光束对光幕测速系统的影响

在高精度速度测量系统中,激光光束截面形状以及光强分布影响测量结果,基于激光光束的高斯模型,计算出关于出射轴线对称的规则和非对称激光束光强变化率随位置变化的曲线,推导出设置阈值电压的最佳位置,并计算出在最佳位置处设定比较阈值对光幕测速系统的影响,提出在激光光束前添加狭缝压缩光束宽度的方法,相对距离误差减小为0.003 8%,误差减小了61.2%.

机载激光雷达海洋探测的模拟研究

通过建立光传导的Monte Carlo模型和唯像理论模型,对激光在海水中的传输进行了模拟,把最大测深随海水衰减系数的变化和光斑大小与测深的关系进行了深入研究,得出了唯像模型适用于远海岸的清洁水,而Monte Carlo模型在近海岸的浑水中比较符合,并通过光斑分析了激光水下能量的分配,分析了正在研制的机载激光雷达测深系统,论证了系统的可行性。

高斯光束特性实验研究

提出了2种在激光原理实验教学中,测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案。①利用刀口法直接测量氦氖激光器后方,不同位置高斯光束光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合,可得束腰半径、束腰位置、远场发散角及衍射倍率因子;②利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后,辅助束腰两侧不同位置的光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合与计算,可确定光束经透镜变换后,光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角,再利用高斯光束变换规律,可以获得光束经透镜变换前,高斯光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角。2方案测量结果基本符合,测量结果和谐振腔理论符合较好。

基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔

从较直观的概念出发,设计基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔。应用Fox-Li数值迭代法对谐振腔横向光场模式进行较严格的分析,同时采用数值积分的方法,由输出镜面上光场采样点的数值直接模拟腔外输出光场分布情况。数值模拟结果与理论结果比较表明,该谐振腔的主模式与零阶贝塞尔-高斯光特征相似。针对实际中腔长可能并不严格地与最初设计腔长一致,讨论了腔长变化对谐振腔主模式分布的影响,发现当腔长变化较小时,谐振腔的横向模式特征基本保持不变。利用Nd:YAG激光器设计贝塞尔-高斯谐振腔进行实验,光束分析仪记录的输出光强横向分布与理论预期基本一致。

水下激光光束空间分布特性的实验研究

对高斯光束在不同水体中的传输特性进行了初步实验研究，分析了水体衰减系数对传输特性的影响。实验结果显示，高斯光束在水中不同传输距离处横截面上的光强径向分布仍然可以用高斯函数来描述；高斯光束在水中的光斑半径大于在空气中的，而且水体衰减系数越大，光斑半径扩展得越大；高斯光束在水中的光斑中心光强比空气中的衰减得严重，而且水体衰减系数越大，衰减得越快；高斯光束在大约2～3个衰减长度处光斑光强近似均匀分布。

重复脉冲激光辐照光学材料的热力效应

在建立高斯型重复脉冲激光辐照光学材料模型的基础上,得到了圆柱型光学材料的二维温度场和热应力的解析解·以K9玻璃为例,通过数值计算得到同条件下重复脉冲激光对光学材料的损伤阈值·研究表明:在高斯型重复脉冲激光辐照下,损伤阈值受到脉冲数目、宽度、重复频率以及脉冲激光光斑半径的影响,多数情况下K9玻璃会发生热应力损伤·

高精度激光准直系统的研制与分析

阐述高精度激光准直系统的总体构成及特点,着重分析高斯激光束经过薄透镜的变换规律、最佳准直区域以及激光准直光学系统的设计思路。给出系统光电接收转换元件的主要技术参数、直线度误差测评软件的设计方法和用于高精度激光准直系统实现直线度误差的静态、动态测量方法和直线度误差的主要评定方法。利用开发的测评软件,对系统进行了实验测试,给出了实验结果,并对该系统的应用作了展望。

连续激光辐照GaAs材料损伤的数值模拟计算

基于热传导理论,构建了高斯分布的连续激光辐照GaAs材料的二维轴对称非稳态物理模型,且利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程得到了材料表面温度分布曲线以及光斑中心处温度沿厚度方向分布曲线,并得出GaAs材料的分解损伤时间与入射光功率密度的关系曲线.研究表明,在连续激光辐照下,GaAs材料可能会发生分解损伤,激光功率越高,材料被破坏所需的时间越短.理论计算结果与相关的实验结论一致,说明所建立的激光辐照效应模型具有科学性.

强激光辐照光学材料的热力效应研究

在建立强激光辐照光学材料物理模型的基础上 ,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的三维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时 ,环向热应力最大值及其作用时间的关系 ,指出三维时 ,“热扩散长度”的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式 ,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较 ,验证了理论模型的合理性。

一种计算水下高斯光束远场光强分布的方法

在平行细光束水下传输的唯像模型基础上,通过对自由空间中高斯光束光强分布规律的分析,将高斯光束分解成多条平行细光束,推导了计算水下高斯光束远场光强分布的数学模型,分析了光强随水体衰减系数、传输距离、散射角变化的规律,并进行实验验证。计算与实验结果基本吻合。

受光阑限制贝塞耳-高斯光束的衍射特性

对贝塞耳-高斯光束经不同几何构形光阑的衍射作了比较研究。结果表明,在选取合适的光阑参数情况下,锯齿光阑能减弱所关心区域(F=20)轴上光强的衍射调制,而超高斯光阑能抑制大部分菲涅耳区(F>3.7)的衍射调制。锯齿光阑和超高斯光阑都有较大的填充因子,使用合适的超高斯光阑可得到有较大填充因子(如fSuper-Gaussian=0.25)又更平滑的横向光强分布。数值计算说明,为有效抑制光强的衍射调制,适当选取超高斯光阑的阶数n和半宽ws(如n=4,ws=0.4mm)是必要的。

一种用于曲面快速测量的激光片光源的研究

与快速成形技术有关的自由曲面快速反求工程中 ,测绘曲面所用的被称为光刀或片光的细长光条的质量是至关重要的。介绍一种应用柱面反射镜单向扩展光束形成激光片光的方法 ,并根据常用 He— Ne激光为高斯光束的特性 ,应用长焦距透镜压缩其发散角 ,使激光片光具有很大焦深。激光光强的高斯分布使光刀宽度的中心具有极大值 ,使得片光的质量具有优良的特性 ,非常容易实现 ,并有利于摄像机采集。介绍了这种片光源的工作原理、片光的性能及采取的技术措施。

用轴棱锥设计贝塞尔—高斯谐振腔

本文从较直观的角度出发,把贝塞尔光理解为-对趋向于传播轴线和离开轴线的锥形波的叠加,将腔两端的镜面理解为用于改变光场位相的器件,讨论用轴棱锥设计谐振腔以产生贝塞尔光,我们发现在所设计的腔中振荡的光是受钟形函数调制的锥形波,其模式与贝塞尔一高斯光相似。并且我们所得到的结论与福克斯一厉数值迭代法验证的结果是一致的。

ns激光辐照ZrO_2薄膜剥落的理论研究

在ns激光辐照光学薄膜温度分布的基础上,利用最大剪应力理论建立了光学薄膜发生迎光剥落的理论模型,得到了发生损伤相应的应力分布和膜层剥落半径与入射激光能量关系.通过数值分析,验证了理论模型与实验结果基本保持一致,膜层临界损伤阈值与实验结论在数量级上保持一致;剥落半径与入射能量关系曲线与实验结果基本吻合.指出薄膜的损伤形态与其附着力强度有着密切关系,只有当附着力强度小于某一定值(～9.4×104N/cm2)时,才会发生剥落.

楔形光纤与半导体激光器的耦合研究

结合半导体激光器的特点,通过对高斯光束发散特性的分析,得到激光器的模场分布特点,指出与激光器最佳耦合的光纤外形为楔形光纤,楔形光纤的楔角与尖端半径决定着耦合效率。实验表明,楔形光纤与半导体激光器的耦合效率明显优于尖锥形光纤与半导体激光器的耦合。用楔角为104°,尖端半径为3.3μm的楔形光纤进行测量,测得最大耦合效率达到87.2%。

平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统

为了满足快速、精确、定量地测量薄膜激光损伤阈值的要求,设计了平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统.介绍了损伤阈值测量的原理和方法,提出二分查找与顺序查找相结合的能量密度查找方式;根据分光镜的分光比及能量探测器示值求解辐照激光能量,用CCD成像法精密测量了作用在薄膜表面的激光光斑面积;基于小波变换法,通过图像处理精确识别了薄膜的损伤;建立能量密度与损伤几率坐标并进行最小二乘法拟合,对损伤阈值进行了标定.对45°高反射膜分别进行了高斯光束辐照和平顶光束辐照的测量实验,结果表明:高斯光束辐照测量的损伤阈值为9.95J/cm^2,平顶光束辐照测量的损伤阈值为13.98J/cm^2,平顶光束诱导比高斯光束诱导的损伤阈值高40.5%.

一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法

给出了一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法。在高斯准直光束后加一透镜系统,恰当地调整准直高斯光束到某一种汇聚发散的状态。在这种状态下,可使由平凹腔凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径大小相仿,解决了不加透镜系统时,两反射回来光斑直径相差很大,难于对准的问题,提高两光斑的对准精度。实验使用束腰为0.6 mm的氦氖光,其后加一优化好的透镜系统,在889 mm的距离下,对凹面镜曲率半径为50 mm的平凹腔进行对准。得到由凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径分别为4.8 mm和5.1 mm,平凹腔的角度对准精度达到了3.18′。对准好的腔体在点亮LD后,均能出基模光斑。实验结果与理论分析相符,证明了该对准方法结构简单,执行方便。

光纤激光器反馈耦合损耗分析

将双包层光纤基模LP01模近似表示为拉盖尔-高斯光束的线性叠加,前六阶的拉盖尔-高斯光束包含了LP01模能量的99.99%.利用拉盖尔-高斯光束的传输特性计算了腔镜分别为球面镜和透镜加平面反射镜时的反馈耦合损耗.结果表明,腔镜为球面镜时,只有当球面镜和到达球面镜光束的曲率半径匹配时才能获得最小的耦合损耗,特别是当平面镜紧贴光纤端面时,耦合损耗为0;当腔镜为透镜加平面反射镜时,将平面镜放置在透镜焦平面时获得最小反馈耦合损耗为0.25%.

高斯光束下的圆屏衍射

计算分析了用高斯光束作光源时 ,圆屏衍射轴线上的光强分布规律 ,并与球面波入射的情况进行了对比 .

两种非理想条件下LRCS测量结果的校正方法

分析了入射激光束光强分布不均匀以及目标对入射激光有脉冲展宽时对目标激光雷达散射截面测量的影响,推导出新的测量方程及激光雷达散射截面测量计算方法并应用于目标实测。结果表明:应用此方法避免了光束不均匀和脉冲展宽等因素对测量结果的影响,提高了激光雷达散射截面的测量精度。