【摘要】：近年來,激光在信息技術(shù)、電子電路、醫(yī)療器械、焊接加工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。實(shí)際中激光器發(fā)出的光束其橫向分布具有高斯特性,限制了其應(yīng)用范圍。因此對于特定的使用場景,需要對激光光束進(jìn)行整形處理,以獲得特定能量分布形式。本文以單模高斯光束整形為平頂光束為例,對基于相位調(diào)制的空域光束整形勻化技術(shù)進(jìn)行了研究和分析,分別對微透鏡陣列勻化系統(tǒng)及液晶空間光調(diào)制器勻化系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析,設(shè)計了實(shí)驗(yàn)對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本文對高斯光束和超高斯光束的傳輸過程進(jìn)行了理論分析,得到一般情況下的光強(qiáng)分布,在MATLAB中建立了高斯光束的仿真模型,并選取40階超高斯光束作為目標(biāo)平頂光束。分析了液晶空間光調(diào)制器(Liquid Crystal Spatial Light Moudulator,簡稱LCSLM)的相位調(diào)制作用,引入能量均勻度和能量利用率綜合評價模型作為仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價指標(biāo)。從幾何光學(xué)和物理光學(xué)兩個角度研究了微透鏡陣列勻化系統(tǒng)計算模型,分析了透鏡元件的相位調(diào)制作用。利用TracepPro軟件對非成像型和成像型微透鏡陣列勻化系統(tǒng)分別進(jìn)行參數(shù)設(shè)計及仿真實(shí)驗(yàn),對影響勻化效果的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了研究,并針對成像型勻化系統(tǒng)建立了誤差分析模型。建立了LCSLM的光束勻化物理模型,提出了相位恢復(fù)算法與LCSLM結(jié)合的設(shè)計思路,針對純相位型液晶空間光調(diào)制器進(jìn)行了仿真設(shè)計及實(shí)驗(yàn)。介紹了常見的相位恢復(fù)算法,并采用G-S算法通過兩種方案生成初始相位并重復(fù)試驗(yàn)30次,最終選取了勻化效果較好的高斯型初始相位。初始相位選定高斯型,通過GAA算法進(jìn)行仿真分析,得到了GAA算法勻化效果優(yōu)于G-S算法的結(jié)論。利用GAA算法設(shè)計相位分布并轉(zhuǎn)化為256階相位灰度圖,定量分析了將0-2π范圍內(nèi)相位調(diào)制深度進(jìn)行256階量化時產(chǎn)生的誤差。在實(shí)驗(yàn)室條件下將相位灰度圖加載于LCSLM上,并對出射光束進(jìn)行實(shí)測及評價,勻化結(jié)果與仿真實(shí)驗(yàn)基本相符,實(shí)現(xiàn)了將高斯光束整形為平行平頂光束的目的。
【圖文】：

圖 1-1 光闌勻化法示意圖年提出了一種基于光闌勻化法的改進(jìn)光束勻化系統(tǒng)[10]。圖1-2為Kohler勻包括由成像透鏡、兩個孔徑光闌（第勻化光源首先經(jīng)過成像透鏡成像于聚透鏡前焦點(diǎn)上，根據(jù)成像原理可知在無窮遠(yuǎn)處成像，場光闌的作用是放在目標(biāo)平面處成像，以此實(shí)現(xiàn)需要

圖 1-1 光闌勻化法示意圖Kohler 于 1893 年提出了一種基于光闌勻化法的改進(jìn)方法，此方法發(fā)展成為了最原始最基本的光束勻化系統(tǒng)[10]。圖1-2為Kohler勻化系統(tǒng)示意圖。Kohler勻化系統(tǒng)的主要部分包括由成像透鏡、兩個孔徑光闌（第二個孔徑光闌稱為場光闌）和會聚透鏡，待勻化光源首先經(jīng)過成像透鏡成像于第二個孔徑光闌表面，因?yàn)楣怅@被放置在會聚透鏡前焦點(diǎn)上，根據(jù)成像原理可知通過該孔徑光闌的光線經(jīng)過會聚透鏡后應(yīng)在無窮遠(yuǎn)處成像，，場光闌的作用是放置于特定位置處限制聚焦透鏡，使其能夠在目標(biāo)平面處成像，以此實(shí)現(xiàn)需要的均勻光斑。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN24;TH74

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8 張永v

本文編號：2606764