高斯光束

摘要： 为准确理解激光辐照窗口材料引起的物理效应,建立了材料表面与空气换热的三维热传导模型。利用积分变换方式进行计算,得到了温度场解析表达式。计算并仿真了三种常用光学窗口材料的温度场,理论分析了激光参数、材料参数对温度场的影响,并对比了绝热和换热条件下的温升差异。结果表明,增大辐射功率和减小光斑半径,有利于提高中心温度;材料温升与密度、比热和反射率成负相关,与吸收系数成正相关;本文提出的与边界换热模型解决了绝热模型无法计算平衡温度和不能体现主光轴温度分布趋势的问题。

摘要： 水下无线光通信系统易受由折射率波动起伏引起的海洋湍流的影响,造成光强闪烁、光束漂移、光束扩展和波前畸变等效应,从而使光信号产生衰落,导致通信质量降低及通信性能恶化。利用扩展的惠更斯-菲涅耳原理和渐近Rytov理论分别导出有限尺寸探测器的平均接收光功率和辐照度通量方差,研究了Gamma-Gamma湍流信道模型下双头脉冲间隔调制的高斯光束在各向异性海洋湍流中的误包率性能。分析了在不同的各向异性海洋湍流下,海洋湍流参数(温度方差耗散率、湍流动能耗散率、温度与盐度波动对功率谱贡献大小的比值)、比特分辨率、比特传输速率、光电探测器的响应度以及链路距离对误包率的影响,为降低双头脉冲间隔调制下高斯光束的误包率性能提供了理论依据。

摘要： 大型激光陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性传感器。随着尺寸的增加,基模运转和增益成为重要参数。针对镜片匹配、放电电流大小及腔长等,计算了ABCD矩阵与高斯光束的特征参数,验证了不同边长下环形谐振腔腰斑位置及放电电流对光阑的影响。实验结果表明,出光阈值处光斑质量最优,光斑最为平整,比值接近于1且对称结构有利于高效读取信号。这对大型激光陀螺腔体设计具有一定的参考意义。

摘要： 采用COMSOL Multiphysics 5.5软件构建的模型研究了透镜焦距变化与激光功率变化的关系,利用理论分析设计实验方案并确定热透镜焦距计算公式.通过实验探究了低功率激光作用下的热透镜效应,实现了低功率激光作用下热透镜效应的可视化,测得酱油透镜为热凹透镜;使用刀口法测量激光半径,得到热凹透镜的焦距,实验相对误差为3.6%;以焦距为热透镜效应的强度参照量,得到热透镜效应的强度与光功率呈正相关关系.

摘要： 分析表明,激光器发出的激光束的空间强度呈高斯分布,即高斯光束,在以激光器为光源的照明系统中,需要将高斯光束整形为均匀光束,光束均匀性直接影响激光加工的均匀性及重复性。在对激光光束进行整形的过程中,面临一个关键的问题就是激光由于干涉的影响,整形后光束均匀性不能达到预期的效果。针对此问题,介绍消除干涉的光束整形方案,以及相应的实现方法及效果。

摘要： 为满足激光测速仪在米级距离的测速需要,设计了一种激光测速仪定焦系统.通过光束分析仪测量距离激光出射口不同位置处的光斑半径,利用函数拟合的方法得到激光束腰斑半径与腰斑位置.采用望远镜系统作为定焦系统的基本结构,通过MATLAB软件穷举定焦系统的各项参数,记录满足条件的参数.根据操作过程中的实际条件选择其中一种数据搭建定焦系统,作用于激光测速仪的探测激光,在4.5m或5.5m处光斑半径小于0.6mm,符合预期目标.

摘要： 辐照功率密度足够强是激光武器对目标造成有效杀伤的重要前提。在激光输出功率有限的情况下,为了满足这一要求,就需对辐照光斑尺寸进行评估优化。本文以卡塞格伦共轴变焦发射系统为模型,基于高斯光束的传输理论,计算了目标位置处光斑尺寸与发射系统各参数间的一般规律,并利用MATLAB软件对典型发射系统进行仿真分析。结果表明,将激光束聚焦于目标位置时,光斑尺寸并不是最小的,而是将光束聚焦于目标位置前,发散到目标上的光斑尺寸最小。在此基础上,推导了发射系统离焦量满足的关系式,结果显示,离焦量与目标位置成反比,与主发射镜焦距的平方成正比,与发射激光束的参数无关。本文研究内容对发射系统快速调整,实现最小光斑辐照并毁伤目标具有重要的实际指导意义。

摘要： 辐照功率密度足够强是激光武器对目标造成有效杀伤的重要前提.在激光输出功率有限的情况下,为了满足这一要求,就需对辐照光斑尺寸进行评估优化.本文以卡塞格伦共轴变焦发射系统为模型,基于高斯光束的传输理论,计算了 目标位置处光斑尺寸与发射系统各参数间的一般规律,并利用MATLAB软件对典型发射系统进行仿真分析.结果表明,将激光束聚焦于目标位置时,光斑尺寸并不是最小的,而是将光束聚焦于目标位置前,发散到目标上的光斑尺寸最小.在此基础上,推导了发射系统离焦量满足的关系式,结果显示,离焦量与目标位置成反比,与主发射镜焦距的平方成正比,与发射激光束的参数无关.本文研究内容对发射系统快速调整,实现最小光斑辐照并毁伤目标具有重要的实际指导意义.

摘要： 从夫琅禾费衍射积分公式出发,利用卷积定理和零阶汉克变换性质,推导出基横模高斯光束垂直入射轴锥镜-透镜组合光学系统后,在透镜后焦面上的光强分布解析描述公式,建立了环形结构光强度分布与轴锥镜-透镜组合中主要光学参数之间的数学关系,为环形结构光强度分布的快速模拟,以及生成环形结构光的光学系统设计提供理论支撑。根据所推导公式进行了数值模拟和实验验证,分别得到一均匀分布的环形结构光,且二者圆环大小相近,验证了理论结果的正确性。

摘要： 在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.

摘要： 根据高斯光学矩阵传输理论,推导了曲面光纤端帽的高斯变换矩阵,结合q因子分析了光纤端帽的输出曲面的曲率半径对高斯光束的传输特性.数值分析表明,通过控制曲率半径,可有效地控制输出光斑的发散角.另一方面,可以优化曲率半径和端帽长度实现光纤端帽的工作距离和束腰半径的优化.本文对提升高功率光纤器件的耦合效率及功率承受能力具有重要的指导意义.

摘要： Cu2S量子点作为一种新型半导体纳米材料以其特有的化学及光学性质而越来越被人们所关注,本文通过应用COMSOL Multiphysics4.3a模拟软件,结合Maxwell电磁场理论,首先在COMSOL模拟软件下如何产生高斯光束做了相应的理论推导,并最终得出了在基于Kretschmann棱镜耦合系统下的Cu2S量子点溶液,在对其进行852nm稳态激光器作用下的高斯光束照射时,产生表面等离激元(SPR)的模拟结果,再通过改变量子点的基本属性以及改变入射光角度等方法,模拟出在不同条件下Cu2S量子点产生SPR信号的情况,为Cu2S量子点在SPR传感方面的应用提供了理论依据和参考。

摘要： 研制了测量高斯光束输出特性的实验教学仪。该仪器基本原理为:利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后,在透镜后方所形成的辅助束腰两侧不同位置的光斑半径,然后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;根据测量所得光束经过透镜变换后的光束特性参数及高斯光束变换规律,可确定光束经透镜变换前的光束束腰半径和位置。

摘要： 本文采用正态分布模型来描述传播路径上功率谱幂值的非均匀性,利用功率谱反演法构建了基于等效结构常数的非Kolmogorov湍流相位屏,并利用多重相位屏法进行了高斯光束在均匀各向同性湍流与非Kolmogorov湍流两种模型下的传输模拟.通过观察模拟光束的光强均匀度、光束漂移以及闪烁指数等,讨论研究非Kolmogorov湍流对光束传输模拟的影响.结果发现,当光束通过单个非Kolmogorov相位屏时,光强最大值与光强均匀度随着幂值先增大后减小,光束漂移随幂值在一定范围内单调变化.当光束通过多重相位屏时,发现模拟光束的光强闪烁指数会受到相位屏数量以及湍流模型的影响,当相位屏数量较多时,均匀各向同性湍流模型下模拟得到的光强闪烁指数会大于非Kolmogorov湍流模型下的结果,且非Kolmogorov湍流对光束漂移的影响可以忽略.本工作可以非Kolmogorov湍流模型适用范围的确定以及多重相位屏模拟非均匀路径下的激光大气传输提供参考.

摘要： 基于光学变换矩阵推导了特定条件(入射光束及目标处光束光斑参数已知)下的激光光束整形系统方程组,并利用该方程组设计了典型战术激光武器两镜发射系统的初始结构.为验证初始结构的有效性,通过ZEMAX物理光学模块对激光束通过初始光学系统的传输光斑进行了仿真分析.仿真结果表明,基于矩阵光学变换的激光光束整形系统方程组能够计算分析光束的传输变换和系统的初始结构,且具有简明、规范和便于用计算机求解的优点,可为高能激光发射系统的设计提供技术支持.

摘要： 红外成像光学系统具有很强的抗干扰能力,它可以穿透薄雾、黑夜、伪装等,并具有很强的目标探测能力.所以随着光电技术的迅猛发展,红外成像光学系统在光电侦查、光电跟踪测量设备等领域中得到了广泛的应用.基于矩阵光学理论,分析研究了高斯光束通过红外成像光学系统的变换原理,并根据构建的红外成像光学系统的结构参数,建立了相应的数学模型.最后运用Matlab软件及Trace Pro光学软件分别对红外成像光学系统的数学模型进行了仿真分析,对比其结果,验证了采用高斯矩阵理论建立红外成像光学系统数学模型的合理性.

摘要： M2因子测量需要获取多个位置的光斑数据,传统的移动测量方法无法实现各位置光斑的同时测量,对于脉冲激光器和重复脉冲激光器的测量十分不利.基于相位散焦光栅的M2因子测量等方法可以同时获取多个位置的光斑信息,但在测量过程中存在光路调试困难,容易出现各光斑强度差异较大,以及光斑出现畸变等问题,进而影响测量结果.通过采用数学形态学中的方法,对测得的激光光斑数字图像进行处理,可以很好地改善光斑形态,从而降低测量误差,提高M2因子测量的精度.研究人员首先分析了散焦光栅M2因子测量的原理和计算方法;随后,根据采集到的光栅测量光斑的特点,研究了光斑图像处理的转换、腐蚀、膨胀及平滑算法,用平顶分析算法实现对可用于M2因子测量的光斑图像进行处理,从而改善了M2因子测量的精度.与传统测量方法相比,采用图像处理后测量结果有3％～18％的改进.

摘要： 高能量高功率激光器在惯性约束核聚变等领域有着广泛的应用，但由于脉冲峰值功率非常高，激光系统的运行风险非常大，需要对其传输特性进行研究。在以往的研究中，只是针对高斯光束等某种具体的光束形式进行了理论计算，无法满足大型的高能高功率激光系统的设计要求。本文针对百焦耳钕玻璃激光系统，建立了基于柯林斯积分公式的激光传输变换模型，对各种光束形式的激光传输特性进行了系统的研究和模拟，详细比较了不同阶次、不同口径的超高斯光束的有效传输距离并得到了具体的函数关系。在其他条件完全相同的情况下，光束的口径越大，阶次越低，超高斯光束有效传输的距离越远。

摘要： 一光束入射到两介质分界面时,会发生许多有趣的现象.在实验上研究了一线偏振光束经过周期性结构的物体——全息光栅反射时产生的偏振分离现象.光栅具有周期性结构,0级反射光的偏振态会随光栅取向角的不同而变化,并且在某一特殊值附近变化非常敏感.当聚焦高斯光束入射到光栅表面时,在这一特殊取向角处,可以在检偏器后观察到光束的空间分裂.这是由于会聚光束的不同入射波矢所对应的光栅取向角存在差异,从而引起了反射光的偏振分离,在检偏器后导致了光束的空间分裂.

摘要： 本文介绍了一种利用CO2激光器制作D型石英光纤的新技术。CO2激光器输出的近似高斯光束经过透镜聚焦后直接照射到石英材料,可以使透镜焦点附近的石英材料因温度骤变而烧蚀。本文首先利用CO2激光器在石英板上制作了一条截面尺寸与石英光纤外径相当的半圆型凹槽,然后将石英光纤嵌入到凹槽中,最后再次利用CO2激光器照射并去除未嵌入凹槽的光纤部分。光纤剩余部分的截面变为了D型,通过改变石英槽的深度可以改变D型石英光纤的尺寸。

摘要： 本发明公开了一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统，该系统沿着光线方向依次放置扩束器、空间光调制器、缩束镜、毛玻璃片、透镜和高斯滤波片。计算全息图加载到空间光调制器上形成计算全息光栅，产生仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束；缩束镜用来控制入射到旋转毛玻璃片上的拉盖尔-高斯光束光斑大小，以调整出射光束的相干性；毛玻璃是使拉盖尔-高斯光束变为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束。透镜对部分相干光束准直，高斯滤波片把该光束光强分布转变成高斯分布。由于计算机全息图的灵活性，可以通过产生不同的全息图来产生不同阶数仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束，从而产生不同阶数的拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。

摘要： 本发明公开了一种用于高斯光束变换为平顶光束的双非球面透镜整形镜头，该整形镜头从光束输入方依次包括一第一透镜，一第二透镜。第一透镜为凸平非球面透镜，透镜前表面为非球面，后表面为平面，第二透镜为凹凸双面非球面负透镜，包括前非球面和后非球面，均凸向光束输出方，第一透镜和第二透镜均为SK2光学玻璃。双非球面透镜镜头针对光强分布为，高斯光斑半径mm的红光光束进行整形，I0为中心光强，出射光束的辐照光强H=0.1 I0。

摘要： 一种用于将高斯光束整形为平顶光束的下凹型折射率光纤，属于激光光束整形领域。该用于将高斯光束整形为平顶光束的下凹型折射率光纤能够将高斯光束整形为平顶光束，包括纤芯和包层，纤芯设置在包层内，其中，纤芯的折射率>包层的折射率；并且纤芯折射率为下凹型折射率结构分布，其下凹型折射率结构分布满足以下函数关系：ncore＝ns·sqrt(1+2delta·(r/a)2)；其中，ncore为纤芯区域的折射率分布，ns为纤芯区域下凹最低点的折射率值，r为纤芯在极坐标下的径向变量，a为光纤纤芯半径，相对折射率差delta＝(n22‑ns2)/2/ns2，其中，n2为纤芯区域折射率最大值。该下凹型折射率光纤具有结构简单稳定、制作简单、使用方便、成本低、整形效果好、可调节、降低光强、便于与光学系统结合等优势。

摘要： 一种实现高斯光束整形为一维平顶光束的光纤，即一种基于特种光纤实现高斯光束整形为一维平顶光束的方法，属于激光光束整形技术领域。所述特种光纤纤芯材质为高折射率SiO

摘要： 本发明提出一种涡旋光束、平顶光束和高斯光束的切换方法，基于锥形折射环形泵浦的固体激光器实现；利用双轴晶体锥形折射在锥形折射环平面与拉曼点平面之间光斑结构的变化，调节双轴晶体与激光增益介质之间的光程，实现一阶涡旋光、平顶光与高斯光束的选择性输出。基于上述原理，本发明还提出多种用于涡旋光束、平顶光束和高斯光束的切换的固体激光器，本发明有效利用涡旋光束、平顶光束和高斯光束的优点，在同一光路实验中能同时利用上述三种光源而不改变原有光路结构，在基于锥形折射环形光泵浦的拉盖尔高斯光束固体激光器的基础上实现了进一步拓展。

摘要： 本发明基于高斯光束、光束整形的复合光束金属SLM打印系统提供的双光源复合光束金属SLM打印系统包括光束整形器、光束耦合器和高斯光束金属SLM打印系统，光束整形器和光束耦合器分别依次设置在第一可变倍扩速镜和第五全反射镜之间，在光束耦合器的垂直方向上设有第二高斯光发射单元，第二高斯光发射单元包括第二激光器和沿着第二激光器射出高斯光束的传播方向上依次设置的第二准直器、第二半波片、第二偏振器和第二可变倍扩束镜。本发明还提供了单光源的复合光束金属SLM打印系统，该系统能使用单、双光源对高斯光、环形光和平顶光进行自由复合，在光束整形技术的基础上发挥自由切换不同的光路，提高零件打印速度效率和质量，推动SLM技术推广应用。

摘要： 本发明提出一种新的实现高斯光束转一维平顶光束或长方形平顶光束的衍射光学元件，简称DOE，并提供了所述DOE的制备方法。在石英基片的中心处制备不同形状、不同尺寸的凹槽或台阶，而后将DOE置于光路中不同位置，与扩束准直镜以及聚焦透镜配合，实现一维平顶光束或长方形平顶光束。本发明所涉及DOE具有以下几个突出的优点：能量透过率高，对入射激光模式变化较不敏感，安装使用简单、灵活。

摘要： 本发明公开了一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统，该系统沿着光线方向依次放置扩束器、空间光调制器、缩束镜、毛玻璃片、透镜和高斯滤波片。计算全息图加载到空间光调制器上形成计算全息光栅，产生仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束；缩束镜用来控制入射到旋转毛玻璃片上的拉盖尔-高斯光束光斑大小，以调整出射光束的相干性；毛玻璃是使拉盖尔-高斯光束变为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束。透镜对部分相干光束准直，高斯滤波片把该光束光强分布转变成高斯分布。由于计算机全息图的灵活性，可以通过产生不同的全息图来产生不同阶数仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束，从而产生不同阶数的拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。

摘要： 本发明提供一种把高斯光束变换为平顶光束的单个非球面透镜。该单个非球面透镜前表面为凹非球面，单个非球面透镜后表面为凸非球面，侧表面为圆柱面；单个非球面透镜针对光强分布为I(r)＝I0exp(‑2r2/r02)的红光光束进行整形，I0为中心光强，高斯光斑半径r0＝8mm。本发明适合作为泵浦光，解决中心区域高峰值光强的激光光束很可能破坏晶体介质的问题。

摘要： 本实用新型公开了一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统，该系统沿着光线方向依次放置扩束器、空间光调制器、缩束镜、毛玻璃片、透镜和高斯滤波片。计算全息图加载到空间光调制器上形成计算全息光栅，产生仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束；缩束镜用来控制入射到旋转毛玻璃片上的拉盖尔-高斯光束光斑大小，以调整出射光束的相干性；毛玻璃是使拉盖尔-高斯光束变为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束。透镜对部分相干光束准直，高斯滤波片把该光束光强分布转变成高斯分布。由于计算机全息图的灵活性，可以通过产生不同的全息图来产生不同阶数仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束，从而产生不同阶数的拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。