Techniques trend analysis of propagating laser beam quality measurement

Different methods of measuring a propagating laser beam quality are summarized.The disadvantages in traditional way in measuring a laser beam quality is analyzed and the insufficiencies of the Shack-Hartmannin method which is commonly using wave front technique at present is pointed out.Finally,the transmission intensity equation based(TIE-based)measuring way in a laser beam quality evaluation and the corresponding advantages are discussed,which is believed to be a deve-l oping trend in laser beam evaluation.

激光光束传输因子M^2的一些问题

本文讨论与 M2 因子有关的一些问题 ,指出在近轴近似条件下由光束的二阶强度矩定义的 M2 因子满足 M2 ≥ 1 ,其中只有对基模高斯光束等式才成立 .由光束的功率通量值定义的 M2 因子 ( M2pc)有可能小于 1 ,M2pc的大小取决于所定义的光斑半径内包含的光功率的百分数 .通过计算光场的二阶矩 ,我们获得了轴向相干叠加的高斯光束的 M2

计算激光光束M^2因子的两种新方法

对实际激光光束M2因子的计算测量作了一些讨论，给出了两种计算测定实际激光束M2因子的新方法：由光束不同截面的光斑半径来得到M2因子；测得激光束某个截面的光强分布求出激光束的M2因子．

光束品质因子M^2及其性质

讨论了光束品质因子 Ｍ２

板条激光器VRM光腔输出激光光束质量实验比较

针对磷酸盐钕玻璃板条激光器，采用含不同ＶＲＭ的不同谐振腔型对输出激光光束质量进行了实验比较研究，与普通平凹腔的光束质量也作了比较。测量系统经过数据校核，结果是正确的，所得测量结果对ＶＲＭ在板条激光器中的应用有参考价值。

模规MG－1的光束质量检测实验

在高斯光束传输方程的基础上，介绍了模规ＭＧ－１的组成和工作原理，给出了单模稳频Ｈｅ－Ｎｅ激光和Ａｒ￣＋激光光束质量的实验测试结果。

基于远场同轴全息的激光M^(2)因子测量技术

激光光束质量M^(2)因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量M^(2)因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息,利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布,从而实现M^(2)因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置,测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm波长下的激光光束质量,其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的M^(2)因子测量,比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外,本装置结构紧凑,能够避免透镜引入的装调及加工误差。

用二维CCD系统测量光束质量的实验研究

建立了一套二维面阵ＣＣＤ光束质量诊断系统，测量了磷酸盐钕玻璃板条激光器自由振荡和调Ｑ输出激光的光束质量因子Ｍ２。该测量系统经过数据校核，所得测量结果是正确的。

高功率半导体侧向泵浦固体激光器热效应对光束质量的影响

高功率半导体侧向泵浦固体激光器中的动态热效应严重影响激光的光束质量。本文从研究激光热稳定腔的输出特性出发,测量了激光输出功率、光束质量M2因子随激光腔型和泵浦电流变化的关系,分析了热效应引起光束质量变化的机理,实验结果得到了很好解释。

对激光光束质量一些问题的认识

从对激光光束质量研究进展开始,讨论了在傍轴和非傍轴范畴内激光光束质量的一些问题,主要是非傍轴光束的光束质量评价。光束传输的非傍轴矢量二阶矩理论可用于计算多种非傍轴光束的M2因子,但对M2因子的物理解释却有困难。例如,在非傍轴范畴,M2因子依赖于束腰宽度与波长之比,并可小于1。但远场发散角之值可趋于90,°这将导致很大的M2因子值。另一方面,若将公式中的光强用时间平均坡印廷矢量z分量代替,桶中功率(PIB),或等价地,!参数可推广用于评价非傍轴光束的远场光束质量。PIB表征了光束功率的可聚焦能力,是一种简明、直观评价不同激光光束的方法。然而,在!参数的公式中的束宽是按功率含量百分比定义的,因此双曲线传输规律不再严格成立。

光束横截面能量分布的变化对激光焊接的影响

大功率CO2 混合模激光束在传输过程中 ,其光束横截面能量不再是高斯分布 ,是受附加相移的影响 ,在不同的传输距离 ,横截面能量分布呈规则变化。对于聚焦激光束 ,在焦点附近 ,由于横截面能量分布的不相同 ,传统的关于负离焦的焊接质量比正离焦好的观点将不再适用。而且在不同的加工位置 ,聚焦激光束的横截面能量分布也不相同 ,必然其加工质量也不相同 ,这样对于同一激光束 ,虽然其光束质量是一定的 ,但并不能获得相同的加工质量 ,因此采用光束质量来衡量激光焊接能力还不够充分 ,还应看光束横截面能量分布的精细结构。对于本文所研究的一种激光束 ,其模式含量TEM0 0约为 2 0 % ,TEM0 2约为 80 % ,在不同加工位置的聚焦光束的横截面能量分布将呈现“凹”形和“山”形两类 ,这两种横截面能量分布的焦斑对焊缝成形的影响是不相同的。试验研究表明 ,“凹”形焦斑焊接质量较差 ,而“山”形的焊接质量较好。

基于正交散焦光栅的1064 nm脉冲激光M^2因子测量

传统光束质量测量装置不能有效测量脉冲激光的M^2因子。为实时检测脉冲激光M^2因子,将正交散焦光栅和短焦透镜密接配合使用,同时测量待测光束9个不同位置处的光强分布,用二阶矩方法计算束宽,并经双曲线拟合得到被测光束的~2因子。根据高斯光束的薄透镜变换理论,分析了被测光束束腰宽度和束腰位置变化对测量精度的影响,得到了正交散焦光栅M^2因子测量系统对测量参数要求低、动态工作范围大等结论。实验测量了1064 nm Nd:YAG固体脉冲激光器单个脉冲的M^2因子、脉冲之间的M^2因子变化和光束M^2因子随电压的整体变化情况。结果表明此系统实现了对脉冲激光M^2因子的测量,并能实时检测激光工作过程中的M^2因子变化。

非圆对称光束M^2因子矩阵的实验研究

M^2因子的计算和测量与所采用的坐标系有关,所以对光斑为非圆对称的光束进行M^2因子测量时,若选取的实验室坐标系不同或者是在非完全相同的实验条件下进行的测量,测量所得的M^2因子并不唯一,这给实际应用中光束质量的评价带来了不便。为更方便地进行光束质量的评价,使得不同的实验室坐标系下测量所得M^2因子统一,引入了两个交叉项来表征待测光束光斑主轴与实验室坐标系的位置关系,定义了M^2因子矩阵。同时研究了M^2因子矩阵的测量原理和方法,搭建了M^2因子矩阵测试系统,实验研究了非圆对称光束的束宽以及M^2因子随坐标系旋转的变化规律,测出了M^2因子矩阵。

评价激光光束质量的各种方法

详细地介绍了各种激光光束质量的评价标准 ,提出了光束质量的评价标准与实际的应用类型有关。通过各种光束质量的定义和表达式的相互比较 ,针对具体的实际应用目的 ,指出了它们各自的适用范围和局限性。重点阐述了M2 因子应用的普适性 ,给出了M2 1的证明 。

部分相干高斯-谢尔模型光束在介质中传输的M^2因子

在波数K为复数的情况下,对部分相干光强度二阶矩及M2因子的定义进行了修正。以部分相干高斯谢尔模型(GSM)光束为例,讨论了光束在介质中传输时M2因子的变化。研究结果表明,部分相干光束在增益或损耗介质中传输时的M2因子与光束在无增益无损耗介质传输时的M2因子具有不同变化特性,此时,M2因子不仅只与部分相干光的相干参量β有关,且随着传输距离B和表征介质增益(或损耗)特征Ki的增大而增大(或减小);随着相干长度σ0的具体尺寸、波数实部Kr的减小而增大(或减小)。为控制光束质量提供几种有效的途径。

环状平顶光束的传输特性研究

利用偏心高斯光束相干叠加方法,建立了柱坐标系下环状平顶光束模型.采用广义强度二阶矩定义,推导出环状光束广义M2因子的解析表达式.利用广义衍射积分理论,给出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式,并进一步给出了环状平顶光束修正的菲涅耳数定义.分析了环状平顶光束在自由空间的传输规律.研究结果表明,该模型可统一描述基模高斯光束、环状高斯光束以及环状平顶光束.环状平顶光束的广义M2因子和环状平顶光束的传输特性与其阶数及遮拦比有关.

双侧对称抽运横流液体激光器的光束质量分析

为了提高横流液体激光器的光束质量,采用ANAYS软件分析了双侧抽运液体激光器的液体介质的温度分布,对不同流速条件下的非稳腔光场分布和光束质量M^2因子进行了数值计算。结果表明,存在一个使光束质量M^2因子较优的液体流速,并针对该类激光系统中增益和折射率梯度分布都关于抽运方向对称分布的特点,采用柱透镜补偿波前畸变效应,将光束质量因子由24降低到12.5,说明柱透镜补偿位相畸变能有效地提高液体输出光束质量。

激光光束质量的评价方法

激光光束质量是一个很有现实意义的论题,对不同应用的激光光束其质量的评价标准一般不同。给出了几种有代表性的激光光束质量的评价方法,并分别对各种评价标准的合理性与适用性进行了详细的分析;研究了实际应用中对激光光束质量的一些要求和相关的评价参数。

材料加工用激光束质量初探

本文从激光材料加工的角度讨论了以Ｍ￣２参数作为光束质量评价标准的可能性。指出对穿透式的加工方式，Ｍ￣２参数可以表示光束的实用价值，但对表面加工方式，Ｍ￣２参数的大小并不能反映光束实际的实用价值。

一台染料激光器光束质量因子M^2的测量

本文从激光光束质量因子 M2的定义出发 ,分析了 M2的物理意义 ,介绍了 M2的测量方法——二阶矩法 ,并采用 CCD摄像机及光束截面分析仪实际测量了一台染料激光器 DPL - 30 0 0输出激光的光束质量因子 M2 。