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双波门自适应阈值法对光束质量M^2因子测量精度的影响

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吉林大学学报（工学版） 2012年第4期42卷 1066-1070页

作者：刘敏时王晓曼景文博长春理工大学电子信息工程学院长春130022

为了解决在光斑图像中采用人工阈值选取方法或浮动阈值选取方法对光束质量M2因子的测量精度带来的局限性,提出了双波门自适应阈值方法。实验证明,M2因子相对误差较另外两种方法小,均方差值在0.1以内,x方向和y方向束宽值的均方差值分别为... 详细信息

为了解决在光斑图像中采用人工阈值选取方法或浮动阈值选取方法对光束质量M2因子的测量精度带来的局限性,提出了双波门自适应阈值方法。实验证明,M2因子相对误差较另外两种方法小,均方差值在0.1以内,x方向和y方向束宽值的均方差值分别为0.0935和0.0962,均小于1%,符合测量要求。

关键词：光电子学与激光技术光束质量二阶距双波门自适应阈值误差分析

高光束质量高重复频率光纤-固体混合皮秒Innoslab放大器

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中国激光 2021年第17期48卷 35-44页

作者：董雪岩李平雪李舜王婷婷杨敏北京工业大学材料与制造学部超短脉冲激光及应用研究所北京100124

设计了一种高光束质量、高重复频率的光纤-固体混合皮秒Innoslab放大器,种子源由全光纤激光器以及端面泵浦双通放大器组成,输出平均功率4.5 W的种子光注入到Innoslab放大器中进行放大,在泵浦功率117 W时获得了平均功率28.4 W、脉冲宽度1... 详细信息

设计了一种高光束质量、高重复频率的光纤-固体混合皮秒Innoslab放大器,种子源由全光纤激光器以及端面泵浦双通放大器组成,输出平均功率4.5 W的种子光注入到Innoslab放大器中进行放大,在泵浦功率117 W时获得了平均功率28.4 W、脉冲宽度10.6ps、重复频率18 MHz的皮秒激光放大输出,光-光转换效率达到20.4%。在Innoslab放大器中,基于热透镜效应补偿设计了Innoslab放大器谐振腔,通过增加种子光与增益介质的重叠面积提高放大器的提取效率。为减小板条晶体厚度方向上的热透镜效应及其影响,一方面采用双面焊接方法将晶体与热沉连接,避免了焊接层中出现空气孔并且提高了铟层的平整度,使晶体表面得到均匀散热;另一方面,利用球差自补偿方法抑制了板条晶体厚度方向上的热畸变,克服了热透镜效应造成的光束质量退化,最终得到光束质量因子M_(x)^(2)=1.33,M_(y)^(2)=1.24。

关键词：激光器 Innoslab放大器光纤-固体混合光束质量球差自补偿双面焊接

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两维相干阵激光光束质量的分析

光电技术应用 2022年第2期37卷 36-40,73页

作者：李尉温丛阳叶征宇代京京兰天王智勇北京工业大学先进半导体光电技术研究所北京陕西科技大学材料原子分子科学研究所西安

根据激光光束质量国际标准,采用光束质量M^(2)因子来评价相干阵激光的光束质量,并采用拟合相干阵激光传输双曲线方程的方法计算了相干阵激光在不同波长、子光源半径、占空比、阵列宽度等参数条件下的M^(2)值。考虑到采用拟合双曲线方程... 详细信息

根据激光光束质量国际标准,采用光束质量M^(2)因子来评价相干阵激光的光束质量,并采用拟合相干阵激光传输双曲线方程的方法计算了相干阵激光在不同波长、子光源半径、占空比、阵列宽度等参数条件下的M^(2)值。考虑到采用拟合双曲线方程来计算M^(2)值存在较大的误差,同时采用桶中功率比(BQ)对相干阵激光的光束质量进行计算。根据所提出的BQ值与M^(2)值的关系式,通过计算BQ值得到相干阵激光在不同参数情况下稳定的/值。计算结果表明,相干阵激光的光束质量接近衍射极限。

关键词：相干阵激光器相干合成光束质量 M^(2)因子桶中功率比

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基于光波复振幅重构的激光光束质量实时测量

基于光波复振幅重构的激光光束质量实时测量

作者：巴图南京理工大学

学位级别：硕士

随着激光技术的发展,生产、加工和应用领域对实时测量激光光束质量的需求不断增强。实时测量对于准确评价激光腔外参数、安全高效生产等方面都具有重要的意义。本文从高斯光束模型与复振幅传输特性出发,在研究光束质量分析理论基础上,... 详细信息

随着激光技术的发展,生产、加工和应用领域对实时测量激光光束质量的需求不断增强。实时测量对于准确评价激光腔外参数、安全高效生产等方面都具有重要的意义。本文从高斯光束模型与复振幅传输特性出发,在研究光束质量分析理论基础上,提出了基于光波复振幅重构法实时测量光束质量的方法。通过采集沿光轴方向两个不同截面位置光强分布,求解光强传输方程获取相位重构复振幅。继而利用角谱传输算法将复振幅传输到两倍瑞利范围内不同位置获得各个位置的光强分布并计算各分布对应的束宽尺寸大小。最后利用最小二乘法将轴向位置坐标和束宽大小代入二次曲线公式拟合传输曲线,从二次曲线的参数中可以计算得到光束质量参数。本文用重构复振幅进行轴向传输来代替传统延时扫描的环节,让测试过程更具有实时性。由于角谱传输可以获得任意轴向位置的光强分布,该方法可以计算所有种类的光束质量参数,甚至是超出传统仪器测量范围的参数,这些是现有的光束质量测试方法无法做到的。本文设计了光束质量测量的光路图和实验方案,分别对He-Ne激光器和高功率光纤激光器进行测量,与M2-200s型光束质量测试仪和Thorlabs夏克哈特曼波前传感器的测量结果进行了对比,验证了实验中恢复的相位和测量的光束质量的准确性。论文对测量过程中的系统误差和随机误差分别进行了评定,并讨论了误差源。文章还给出C#语言编写的实时测量光束质量的软件,除了可以进行光束测试外还能够辅助光学系统调节。

关键词：光束质量复振幅重构实时

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二维线性调频Z变换用于光束质量β因子计算

中国光学 2020年第5期13卷 965-974页

作者：王艳茹冉铮惠丁宇洁中国工程物理研究院计量测试中心四川绵阳621900

本文提出了一种基于二维线性调频Z变换的衍射光场分布快速计算方法,该方法在不增加运算量的情况下可以显著提高光场分布的图像分辨率,进而能够得到更准确的光束质量β因子值。在算法正确性验证的基础上,本文数值模拟了不同光束波前畸变... 详细信息

本文提出了一种基于二维线性调频Z变换的衍射光场分布快速计算方法,该方法在不增加运算量的情况下可以显著提高光场分布的图像分辨率,进而能够得到更准确的光束质量β因子值。在算法正确性验证的基础上,本文数值模拟了不同光束波前畸变的均方根RMS值与光束质量β因子的对应关系。仿真结果表明,在像差分布RMS值相同的前提下,几种低阶像差类型中球差类型的像差对光束质量的影响最大。为了模拟不同光斑分布形态,随机Zernike像差组合方式的光束质量β因子的仿真计算结果表明:相同的RMS值情况下,高阶像差占比较高的像差组合方式对应的光束质量β因子较大。

关键词：数值模拟波前像差光束质量线性调频Z变换

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VCSEL阵列制备与光束质量研究

VCSEL阵列制备与光束质量研究

作者：董晨北京工业大学

学位级别：硕士

垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为一种重要的半导体激光器,相较于传统的边发射激光器,VCSEL的有源区体积小,出光方向垂直于衬底。其独特的激光器结构使得VCSEL不仅具有阈值电流小、单纵模出射、小发散角、圆形光斑、高调制速率等优点,... 详细信息

垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为一种重要的半导体激光器,相较于传统的边发射激光器,VCSEL的有源区体积小,出光方向垂直于衬底。其独特的激光器结构使得VCSEL不仅具有阈值电流小、单纵模出射、小发散角、圆形光斑、高调制速率等优点,而且易于实现二维集成,这使得VCSEL成为3D成像、光通讯网络等应用的核心激光光源。随着探测显示技术的不断发展,特别是相干探测、光学相控阵等高新技术领域,具有高光束质量的VCSEL阵列激光光源越来越受到人们的关注和研究。本文围绕高光束质量850nm VCSEL阵列设计与制备工作,开展了VCSEL阵列制备工艺开发与优化研究,并针对不同结构设计的阵列光束质量进行了测试与分析。此外,本文还对内腔光栅可调谐VCSEL进行了设计和仿真,为实现大范围波长偏振调谐VCSEL激光器提供理论基础。本论文的主要研究内容和成果如下:1.研究了不同阵列结构参数和工艺条件对VCSEL阵列工作性能的影响,并根据实验结果优化设计了高功率VCSEL阵列结构,并改善阵列热特性,提高平均输出功率。通过实验优化了高光束质量VCSEL阵列的氧化、光刻等关键制备工艺,进一步提高了阵列光束质量和成品率。2.制备了高功率VCSEL阵列器件并对其进行了测试分析。其中,10×10 VCSEL阵列在连续电流下实现最大输出功率为507m W,在40Hz占空比为0.4%的脉冲电流下最大输出功率为1320m W。阵列光束正交偏振抑制比（OPSR）达到了10。实验结果表明所制备得到的VCSEL阵列具有了较好的模式特性和单偏振性。同时,VCSEL阵列单元间的温度差小于2℃,实现了较好的阵列温度分布均匀性和单元一致性。3.设计并搭建了VCSEL阵列光束准直与实验平台。测试分析了VCSEL阵列的光束质量。实验结果显示,准直阵列光束的2因子为4.2,发散角为2.39°,准直设计进一步提升了光束质量。在此基础上,开展了VCSEL阵列光束的相干性研究和分析,重点分析了器件注入电流,准直光路和光束传播距离对光束相干性的影响。4.开展了内腔光栅可调谐VCSEL结构设计和仿真。在传统静电式可调谐VCSEL结构基础上,采用了Half-VCSEL顶部的亚波长光栅结构设计,并利用严格耦合波分析法（RCWA）模拟和优化了内腔光栅厚度,周期和占空比等参数,据此对器件的阈值增益,调谐范围和偏振特性进行了仿真。亚波长光栅结构增加了TE/TM不同偏振模式入射光的反射系数和限制因子差,大大提高了TE/TM偏振模式各向异性增益差,从而实现了大范围偏振稳定波长调谐。

关键词： VCSEL阵列光束质量可调谐VCSEL

高功率固体激光装置光学元件“缺陷”分布与光束近场质量的定量关系研究

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物理学报 2011年第2期60卷 253-259页

作者：周丽丹粟敬钦李平王文义刘兰琴张颖张小民中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900

基于光传输理论,获得了弱调制情况下光学元件"缺陷"分布功率谱密度(power spectral density,PSD)与光束近场强度分布PSD之间的定量关系;通过数值模拟的方法,针对高功率固体激光装置的基本单元(线性介质、非线性介质以及空间滤波器)对获... 详细信息

基于光传输理论,获得了弱调制情况下光学元件"缺陷"分布功率谱密度(power spectral density,PSD)与光束近场强度分布PSD之间的定量关系;通过数值模拟的方法,针对高功率固体激光装置的基本单元(线性介质、非线性介质以及空间滤波器)对获得的理论关系进行了具体的验证和讨论.研究结果表明,弱调制下,只存在振幅型或位相型"缺陷"分布时,光学元件"缺陷"分布PSD与光束近场强度分布PSD通过近场强度分布PSD的系统传输因子联系,传输因子与系统的构型和运行状态有关.研究结果为光学元件"缺陷"分布指标的获得提供了理论基础,对高功率固体激光装置负载能力的提升起到了一定的指导作用.

关键词： “缺陷”分布功率谱密度光学元件光束质量

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制造用高功率激光器光束质量的评价与测量

光学精密工程 2011年第2期19卷 297-303页

作者：陈虹王旭葆北京工业大学激光工程研究院北京100124

建立了制造用高功率激光器光束质量的评价体系与测量方法,研究了该体系所采用的评价参数、测量原理、测量方法、测量仪器以及测量结果的计算和分析方法。首先,对目前存在的评价激光光束质量的参数进行了比较和判断。接着,以光束传输比(... 详细信息

建立了制造用高功率激光器光束质量的评价体系与测量方法,研究了该体系所采用的评价参数、测量原理、测量方法、测量仪器以及测量结果的计算和分析方法。首先,对目前存在的评价激光光束质量的参数进行了比较和判断。接着,以光束传输比(M2)和光束参数积(Kf)为重点,阐述了光束质量评价参数与光束束宽定义之间的关系,提出了工业应用背景下光束质量的评价参数。最后,介绍了基于实测目的的光束质量测量方法和实际测量结果。测量结果显示,DC035Slab CO2激光器的Kf值为3.78 mm.mrad,TLF6000tCO2激光器的Kf值为8.67 mm.mrad,表明Kf值是评价制造用高功率激光器光束质量的较为合适的参数。由于该值是在实际光束传输路径上不同位置处对光束束宽进行测量后用双曲线方法拟合得到的结果,所以更好地反映了高功率激光束的传输和聚焦性能,诠释了激光制造系统的制造能力。

关键词：激光制造光束质量光束束宽空心探针

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超连续谱激光光束质量评价及提升方法

激光与红外 2018年第4期48卷 476-479页

作者：李瑶何衡湘万勇西南技术物理研究所四川成都610041

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手:一种是将光束... 详细信息

针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手:一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。

关键词：超连续谱激光器光束质量评价方法球差补偿球差校正板