發(fā)布時間：2020-03-30 00:43

【摘要】：近年來,激光在信息技術、電子電路、醫(yī)療器械、焊接加工等領域的應用越來越廣泛。實際中激光器發(fā)出的光束其橫向分布具有高斯特性,限制了其應用范圍。因此對于特定的使用場景,需要對激光光束進行整形處理,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,對基于相位調制的空域光束整形勻化技術進行了研究和分析,分別對微透鏡陣列勻化系統(tǒng)及液晶空間光調制器勻化系統(tǒng)進行了仿真分析,設計了實驗對仿真結果進行驗證。本文對高斯光束和超高斯光束的傳輸過程進行了理論分析,得到一般情況下的光強分布,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平頂光束。分析了液晶空間光調制器(Liquid Crystal Spatial Light Moudulator,簡稱LCSLM)的相位調制作用,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驗結果的評價指標。從幾何光學和物理光學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)分別進行參數設計及仿真實驗,對影響勻化效果的關鍵參數進行了研究,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,提出了相位恢復算法與LCSLM結合的設計思路,針對純相位型液晶空間光調制器進行了仿真設計及實驗。介紹了常見的相位恢復算法,并采用G-S算法通過兩種方案生成初始相位并重復試驗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算法進行仿真分析,得到了GAA算法勻化效果優(yōu)于G-S算法的結論。利用GAA算法設計相位分布并轉化為256階相位灰度圖,定量分析了將0-2π范圍內相位調制深度進行256階量化時產生的誤差。在實驗室條件下將相位灰度圖加載于LCSLM上,并對出射光束進行實測及評價,勻化結果與仿真實驗基本相符,實現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（第勻化光源首先經過成像透鏡成像于聚透鏡前焦點上，根據成像原理可知在無窮遠處成像，場光闌的作用是放在目標平面處成像，以此實現需要

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，待勻化光源首先經過成像透鏡成像于第二個孔徑光闌表面，因為光闌被放置在會聚透鏡前焦點上，根據成像原理可知通過該孔徑光闌的光線經過會聚透鏡后應在無窮遠處成像，，場光闌的作用是放置于特定位置處限制聚焦透鏡，使其能夠在目標平面處成像，以此實現需要的均勻光斑。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN24;TH74

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本文編號：2606764