利用计算全息(CGH)的激光光束质量检测方法研究

摘要

光束质量是表征激光器的一项重要参数指标。其优劣程度直接影响光学系统性能。有效的测量技术是质量提升的基本保障，因此，针对激光光束质量测量的研究已日趋成为热门话题。能否实现高精度、实时测量是该领域研究的一大难点。
　　论文首先研究了评价激光光束质量的各类参数指标及其测量方法。为了实现光束质量的高精度、实时测量目的，本论文选择基于计算全息的模式分解技术作为研究对象，探索该技术在实时获取激光模式信息及光束质量方面的应用。论文从激光模式理论出发，以厄米-高斯光束为例，研究了能够实现激光模式分解的计算全息元件复振幅透过率求解方法。并进一步研究了将复振幅调制转变为纯相位调制的编码算法。并结合透过率函数构造形式及测试光路远场匹配光强分布特性研究了各模式权重间的关联，以及光束质量因子求解方法。
　　本文分别通过远场衍射数值仿真及物理光学软件(Virtuallab)虚拟仿真验证了测量方法的理论可行性。并在实验环节，利用纯相位型空间光调制器生成所需计算全息作为模式匹配器，构建了实验验证光路系统。利用实验系统，对He-Ne稳频激光器进行了光束质量测量，并将测量结果与传统测量方法进行了比对。比对结果体现了该方法具有高精度及实时性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 题意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本论文主要研究内容

2 激光光束质量评价方法及模式分解理论分析

2．1 高斯光束

2．2 高斯光束的基本性质

2．2．1 传输特性

2．2．2 光强分布

2．2．3 相位分布

2．2．4 光束束宽

2．3 评价光束质量的不同参数

2．4 测量M2因子的方法

2．4．1 两点法

2．4．2 双曲线拟合法

2．4．3 模式分解法

2．5 本章小结

3 基于空间光调制器的计算全息技术

3．1 空间光调制器的原理

3．2 相位型全息图的生成

3．2．1 计算全息编码的方法

3．2．2 制作相息图

3．3 本章小结

4 数值计算及软件仿真

4．1 数值计算

4．2 Virtullab软件仿真

4．2．1 仿真光路

4．2．2 仿真结果

4．3 本章小结

5 实验部分

5．1 实验光路

5．1．1 实验器材

5．1．2 实验光路

5．2 实验步骤

5．3 实验数据及分析处理

5．4 对比实验

5．5 误差分析

5．6 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录