自從激光問世以來,由于其具有良好的單色性與方向性,被廣泛地應用于實際生產(chǎn)生活中。然而對于單模激光來說,其能量分布呈現(xiàn)一種非均勻的高斯型分布。故此在實際應用中,由于光束能量的非均勻性,將直接導致激光與物質相互作用,從而限制了激光在光刻、加工、焊接、目標模擬等方面的應用。因此將高斯光束整形為平頂光束具有重要意義。本文采用了非球面光束整形和反高斯鍍膜光束整形兩種方法對單模高斯光束進行整形研究,并分別實現(xiàn)了無損光束整形以及大口徑高平行度遠場平頂光的獲取,主要研究內容可概括如下:首先深入研究了高斯光束整形技術理論,對單模高斯光束和幾類平頂光束的特性參數(shù)及傳播規(guī)律進行了深入的推導分析。然后選取特定的輸入輸出光束分布建立了與其對應的映射關系,并根據(jù)能量守恒定律對兩片偶次非球面光束整形系統(tǒng)的面型參數(shù)進行了擬合計算,并通過光學設計軟件對光束均勻性進行仿真計算來驗證設計。然后根據(jù)ZEMAX光學設計軟件中的ZPL宏指令編程優(yōu)化設計了一套兩片偶次非球面光束整形系統(tǒng),并對其均勻性進行仿真計算來驗證所設計系統(tǒng)的正確性。接著設計了一套4~6倍連續(xù)變倍的擴束系統(tǒng),該系統(tǒng)可以將任意口徑的入射光束擴束為指定輸出口徑來配合整形系統(tǒng)的使用,計算并繪制出其變焦曲線。為了解決由于出射光束的發(fā)散造成的均勻性下降的問題,設計了一套定倍準直擴束系統(tǒng),從而有效地增加了均勻性作用距離。并為三套系統(tǒng)設計了相應的機械結構以便于實際加工裝調。最后為了獲得大口徑高平行的遠場均勻光束,在特定光源以及特定的輸出口徑的條件下設計了一套反高斯光束整形系統(tǒng),并在實驗室環(huán)境下對所設計結果的均勻性進行了實際測試,從而驗證了設計結果的正確性。并對影響光束均勻性的原因進行了分析與總結。其中著重分析了光源穩(wěn)定性、干涉衍射現(xiàn)象以及雜散光對于均勻性的影響,并由此對所設計的反高斯鍍膜光束整形系統(tǒng)進行了優(yōu)化改進。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN24
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文非球面光束整形技術主要是采用兩片非球面以伽利略式或開普勒式組成的光束整形系統(tǒng)[8]，其中第一片主要起到平頂勻化作用，而第二片則主要是起到準直輸出作用，該方法簡單、穩(wěn)定、可靠、能量利用率高，工程應用性強，其原理圖如圖 1-1 所示。

圖 1-1 非球面光束整形系統(tǒng)原理圖用微透鏡陣列對激光進行整形也是眾多光束整形技術中較為流透鏡陣列將入射光分為若干子光束，即首先對波面進行劃分，雖勻性比較差但是對于每個子光束而言其內部均勻性較好，然后經(jīng)進行聚焦，每個子光束都經(jīng)過聚焦透鏡匯聚在指定像面上，通過像面上的疊加，因此在像面處可以得到均勻的光束[10]。微透鏡陣分為非成像型微透鏡陣列和成像型微透鏡陣列，非成像型微透鏡原理圖如圖 1-2 所示。

圖 1-3 成像型微透鏡陣列光束整形系統(tǒng)原理圖對于非成像型微透鏡陣列來說，只包括微透鏡陣列和聚焦透鏡，首經(jīng)過幾微米至即幾百微米的微透鏡陣列后被分割為非常細小的光束聚焦透鏡在焦面上疊加，因此可以得到非常均勻的光束，成像型微形相較于非成像型微透鏡陣列來說僅僅多了一片微透鏡陣列，由此是當平行的入射光線與光軸有一定的偏移夾角時，會避免旁斑的產(chǎn)生雙折射透鏡組光束整形系統(tǒng)主要包括四個雙折晶體透鏡和一個檢偏，其主要原理是將四個雙折射晶體透鏡兩兩一組，共分為兩組，他系統(tǒng)的光軸相互垂直，通過將第二組晶體透鏡繞光軸進行旋轉，從組晶體透鏡主軸間的夾角，最后光束經(jīng)過檢偏器后會得到不同的偏被整形為均勻的線偏振光[15]。下圖 1-4 展示了雙折射透鏡組光束整理及結構。液晶空間光調制器對高斯光束整形的主要原理是通過電致液晶分子而改變透過率的現(xiàn)象。首先需要計算輸入光場、輸出光場以及期望者之間的差異，然后根據(jù)所得到的差異去計算各個位置所對應的透
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前2條

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本文編號：2844231