摘要：采用一对圆锥镜作为整形器来产生准直平行的空心光束,并根据能量守恒定律得到了整形后空心光束的光强表达式,然后基于菲涅耳衍射积分公式仿真了该空心光束在自由空间不同传播距离处的衍射光斑及截面光强分布图,并计算得到了光束质量因子随截断直径与高斯光束半径的比值和遮拦比变化的关系曲线,为实际获得良好光束质量和整形器的设计提供依据。其次,对该系统进行了锥顶角一致性、偏心及倾斜误差对波面误差的影响分析,结果表明,对于同样大小的误差,设计锥顶角较大时得到的整形光束的波面误差较小,有利于增加加工和装调的容差范围,且装调中的偏心误差和倾斜误差具有一定的等效性,通过调整装调过程中的偏心方向和大小,可以在一定程度上抵消倾斜误差的影响,实现综合误差的互相抵消,为实际应用中的圆锥镜组整形器加工和装调提供有益参考。最后,对整形出的空心光束进行近、远场测量,结果表明实际所得到的光束质量因子符合理论计算结果。

摘要：为改善激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术激光能量不均匀分布的问题,利用仿真软件对半径为12.5 mm的不同焦距型号的平凸柱面镜进行光路成像模拟,模拟显示满足激光器条件的最佳焦距为100 mm,在此基础上搭建基于LIBS光束的整形系统。实验表明,相比于无平凸柱面镜整形,样品中锶元素的焦斑光强均方差系数平均降低了41.91%,焦斑光强峰谷比系数平均降低了41.27%,而能量均匀度平均提高了17.23%,拟合决定系数由0.860提高到了0.914。结果显示,使用平凸柱面镜可提高光束能量的均匀性,验证了平凸柱面镜是激光光束整形的一种有效方法。

摘要：光纤集成器件因其尺寸小、功能高度集成化等优点,近年来受到越来越多的关注。当前光纤集成器件通常由介质型或金属型微结构组成,其制备加工通常依赖于高精度的微纳加工技术,面临着成本高和工艺复杂等挑战。另外,静态、固定几何结构的光纤光学器件功能不可调,也在极大程度上限制了其应用范围。本文设计并验证了一种基于光纤端面集成的液晶光束整形器件。通过对单模光纤端面加工平行锚定和垂直锚定的液晶聚合物液滴,获得了可见光波段的光束整形器件。基于Q-张量模型和Rayleigh-Sommerfeld衍射理论,实现了具有特殊液晶指向矢排布的液晶聚合物液滴的模拟仿真。通过实验验证了不同锚定条件下液晶聚合物液滴的光学性能,实验结果与仿真结果基本吻合,证明了该液晶器件的光束整形能力。这种液晶器件为光纤光学器件的微型化与集成化提供了一种成本较低、高效便捷的全新途径。

摘要：光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制,在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类,其中几何光学方法由于忽略了衍射效应,导致一些情形下的光束整形效果不够精细,但却能为物理光学方法提供良好的优化起点。结合几何光学方法和物理光学方法的复合设计方法能够设计出易于加工的自由曲面衍射光学元件,同时能抑制杂散光和散斑噪声。首先回顾了物理光学方法,然后综述了几何光学-物理光学复合设计方法的研究进展,最后对衍射光学元件设计方法的未来发展方向进行了一定的展望。

摘要：为了满足激光产业对光束宽度测量装置的溯源要求,提升激光光束宽度校准能力,针对400~700 nm波段的激光器不同光束宽度校准的需求,设计了一套基于空间光调制器的激光光束宽度可调节装置,用于光束质量分析仪或激光光斑测量仪的校准。实验结果表明该装置在0.1~5.0 mm的宽度范围连续可调;利用部分相干光束抗环境扰动能力强的特点,其短期稳定性达99.5%,长期稳定性达99.1%,优于参考激光器96.8%的短期稳定性和96.3%的长期稳定性。此外,基于空间光调制器优越的光束整形能力,该装置可将输入的非规则光束输出为高斯光束。

摘要：半导体激光器在激光扫描中得到了广泛应用,但由于其快慢轴发散角差异较大,需要进行光束整形。为提高线阵半导体激光器的光束均匀性,并满足小型扫描成像系统的微型化需求,提出一体化透镜阵列光束整形系统设计方案。系统采用一体化非球面透镜对高斯光束进行整形,快轴进行准直,慢轴进行扩束,能够获得高长宽比、光强均匀分布的线光束。理论分析一体化非球面透镜阵列进行准直扩束的原理,依据费马原理确定系统初始结构参数。利用光学设计软件对系统进行仿真优化,得到快轴发散角为2.8 mrad、慢轴发散角为48.93°(长宽比为325)、能量利用率为88.79%、能量均匀度为94.51%的线光束。结果表明,此方法整形效果理想、结构简单、体积小,符合未来光束整形系统微型化的发展趋势。

摘要：超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。

摘要：高功率射频板条CO_(2)激光器的谐振腔结构为离轴负支非稳波导混合腔,其输出光束为一种简单像散光束,必须使用光束整形系统后才能用于激光加工。当腔镜曲率半径在一定范围内增加时,抛物面镜非共焦腔的功率提取效率、抗失调特性均优于抛物面镜共焦腔。而由于非共焦腔输出光束的特性不同于抛物面镜共焦腔,因此外光路整形系统也需要重新进行设计。对腔镜曲率半径增加2 mm的抛物面镜非共焦腔的外光路整形系统进行了分析,确定了空间滤波器的位置,对柱面镜曲率半径进行了调整,最终获得了非稳和波导方向光束M~2因子分别为1.09和1.08的类似高斯基模输出。

摘要：提出了一种基于双透镜系统的衍射光学元件(DOE)设计方法。在双透镜系统中,光束的传输和聚焦需要用两次菲涅耳衍射来表示,为了加快计算速度,将菲涅耳公式转化为包含快速傅里叶变换的形式来使传统的迭代算法满足不同的设计环境需求。用此设计方法,在理论上得到了超过90%的衍射效率,并对由此方法设计出的元件进行了加工制作和实验测试,测试结果显示,达到了预期的光束整形效果,对于更加复杂系统的DOE设计有一定的参考价值,对高功率激光系统可能存在潜在功用。

摘要：研究了真实光线追迹优化光学系统的方法以简化高斯光束整形系统的光学设计。理论分析了高斯光束整形原理,并选择超洛伦兹函数作为平顶光分布函数;根据能量守恒原理,推导了高斯光束整形系统中任意光线在入射面与出射面的坐标变换关系。针对该系统的特点,使用Zemax编程语言(ZPL)编写计算坐标变换的ZPL宏指令,并优化设计了高斯光束整形系统。最后,利用金刚石单点车削法加工该非球面光学系统,并利用光束分析软件对系统的整形效果进行了测试。测试结果表明,利用该方法设计的非球面透镜实现了高斯光束的整形变换,平顶光的均匀度为87.1%。该方法简单实用,计算量小,可应用于实际工程设计。