作者单位
摘要
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,江苏 南京 210023
激光技术发展迅速,在医疗、生物、**和材料等领域应用广泛,但激光光强的高斯型分布限制了激光的进一步应用。平顶光束整形技术应运而生并受到广泛关注。针对该问题,提出了基于末位淘汰制(LPE)、Gerchberg-Saxton(GS)算法和遗传算法(GA)的LPE-GSGA算法,优化空间光调制器的相位分布函数,将高斯光束整形为平顶光束。仿真结果表明,LPE-GSGA算法输出光束指标优于GS、广义自适应加性(GAA)、加权GS(GSW)和GSGA算法。与GS算法比较,LPE-GSGA算法的误差平方和(SSE)指标降低10.1%、拟合系数η提升0.85%,对相位初值的依赖程度约降低1个数量级,输出光束顶部光强突变点更少、旁瓣减少且幅度更低。LPE-GSGA算法减少了对初值的依赖程度,使高能量利用率、高光束顶部均匀度的平顶光束整形成为可能。
激光光学 光束整形 平顶光束 LPE-GSGA算法 
中国激光
2024, 51(6): 0605002
Author Affiliations
Abstract
1 International Collaborative Laboratory of 2D Materials for Optoelectronics Science and Technology of Ministry of Education, Institute of Microscale Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen, China
2 Institute for Advanced Study, Shenzhen University, Shenzhen, China
3 Fiber Optics Research Centre, School of Information and Communication Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, China
4 Departamento de Física, Universidade Federal de Pernambuco, Recife-PE, Brazil
5 Email: hejingsong@szu.edu.cn
High-intensity vortex beams with tunable topological charges and low coherence are highly demanded in applications such as inertial confinement fusion (ICF) and optical communication. However, traditional optical vortices featuring nonuniform intensity distributions are dramatically restricted in application scenarios that require a high-intensity vortex beam owing to their ineffective amplification resulting from the intensity-dependent nonlinear effect. Here, a low-coherence perfect vortex beam (PVB) with a topological charge as high as 140 is realized based on the super-pixel wavefront-shaping technique. More importantly, a globally adaptive feedback algorithm (GAFA) is proposed to efficiently suppress the original intensity fluctuation and achieve a flat-top PVB with dramatically reduced beam speckle contrast. The GAFA-based flat-top PVB generation method can pave the way for high-intensity vortex beam generation, which is crucial for potential applications in ICF, laser processing, optical communication and optical trapping.
digital micromirror device flat-top beam orbital angular momentum perfect vortex beam random fiber laser 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e5
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川成都 610065
概述了微波无线能量传输系统的研究现状及其基本原理, 从可提高波束能量的一些特殊口径场以及先进的天线技术角度, 分别按 Whisper波束、超增益天线、平顶波束、聚焦天线技术、非衍射天线进行介绍。最后对微波能量传输系统中发射技术的未来发展趋势进行了展望。
微波无线能量传输系统 Whisper波束 超增益天线 平顶波束 聚焦天线技术 非衍射天线 microwave wireless energy transmission system Whisper beam super gain antenna flat-top beam focused antenna technology non-diffractive antenna 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 498
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 成都 610041
为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置,提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。 结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%; 设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。
激光技术 平顶光束 大口径光束整形 均匀性 非球面镜组 laser technique flat-top beam large-aperture beam shaping energy uniformity aspheric lens 
激光技术
2023, 47(3): 340
作者单位
摘要
1 湖北工业大学 机械工程学院 现代制造质量工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430068
2 智能输送技术与装备湖北省重点实验室,湖北 黄石 435000)
基于几何稳相法求解调制相位,使用傅里叶透镜进行傅里叶变换,在后焦面处聚焦,得到对应的平顶光束,从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束,其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现,方形平顶光束受零级光影响均匀性较差,因此详细分析了零级光产生的原因,提出了有效的解决方法,并对实验结果中出现的零级光通过叠加闪耀光栅直接移除。实验结果表明:移除零级光后方形平顶光束的能量利用率为72.3%,光束均匀性高达97.2%,优于传统整形方法。最后进一步分析了全息图与入射光束偏移量、离焦以及入射光束束腰半径对几何稳相法整形质量的影响,为几何法光束整形的应用提供了便利。
光束整形 稳相法 空间光调制器 平顶光束 beam shaping geometric steady-phase method spatial light modulator flat-top beam 
应用光学
2023, 44(4): 711
作者单位
摘要
季华实验室,广东 佛山 528200
利用衍射光学元件(DOE)对紫外激光进行相位调制,可在远场衍射获得微米级均匀光斑。该方法的优点为:可灵活设计均匀光斑的形状、尺寸;具有较高的能量损伤阈值,适用于高功率光源。DOE设计的难点在于制备微米级均匀光斑的同时,兼顾陡度、均匀度等参数指标。基于解析法设计DOE生成的均匀光斑过渡区陡度变化缓慢,可有效利用的均匀区域较小,不适合制备小尺寸均匀光斑。此外,基础Gerchberg-Saxton(GS)算法制备微米级平顶光束,整形效果不明显,均匀度无法满足应用要求。将基础GS算法收敛结果作为改进GS算法的初始相位,改进GS算法在频域设置信号区和噪声区,并限制频域振幅分布,在理论上具备可行性。分析了离焦误差影响,并进行了实验验证,发现实验结果与理论结果具有一致性。
激光光学 DOE设计 修正GS算法 平顶光束整形 激光加工 
光学学报
2023, 43(7): 0714004
作者单位
摘要
1 西安恒达微波技术开发公司,西安 710100
2 西北大学 信息科学与技术学院,西安 710127
高强度辐射场构建系统是对多种**进行电磁辐照效应试验的关键装备,其要求在距天线一定距离的区域内产生高强度且尽量均匀分布的电磁场。本文设计了一款适用于该系统的X波段偏置卡塞格伦多模反射面天线。用反射面天线是为了获得尽可能高的增益,使期望区域内的场强尽可能大;用多模反射面理论实现了窄波束的平顶赋形,使期望区域内的场趋于均匀分布,区域外的场迅速减小。实测结果表明天线增益大于29.8 dB,3 dB波束宽度不小于4.6°,在此范围内方向图幅度起伏小于2 dB,平顶特性明显。此外,偏置的反射面天线还有馈源遮挡小、馈线损耗低和易于折叠收藏等优点,可以很好的应用于电磁环境模拟试验设备中。
多模反射面 卡塞格伦天线 高强度辐射场 热静区 平顶波束赋形 multimode reflector Cassegrain antenna high intensity radiated field broiling static zone flat top beam shaped 
强激光与粒子束
2023, 35(3): 033005
作者单位
摘要
华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
光纤激光器被广泛应用于工业加工、****等领域,其输出的激光能量分布往往呈类高斯型分布,这种光斑直径内的非均匀能量分布在应用于光刻、焊接等方面时往往会影响光斑内沿光斑直径不同位置处加工效果的一致性。因此在实际应用中,对类高斯光束进行匀化整形具有重大意义。相对于传统空间结构的光束整形方法,全光纤结构的光束整形对光纤激光器来说具有结构简单、紧凑型好等优点。通过对历年来各学者研究进展的总结,将全光纤结构的匀化整形技术归类为增加输出激光中的高阶模成分和直接改变基模的能量分布两类,并从这两种方法详细阐述了全光纤结构光束匀化整形技术的研究现状,并展望了全光纤结构光束整形技术的未来发展方向。
光纤光学 光束整形 平顶光束 光纤激光器 
激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516021
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 珠海光库科技股份有限公司,广东 珠海 519080
通过对光纤信号合束器的锥区与输出光纤进行特殊处理,并对输出光纤进行扭转处理,实现平顶光输出。测试结果表明,20/130 μm(纤芯直径为20 μm,包层直径为130 μm)光纤输入、100/120/360 μm(纤芯直径为100 μm,包层直径为360 μm,纤芯和包层之间低折射率层的直径为120 μm)光纤或者200/220/360 μm光纤输出的4×1信号合束器的光束强度分布都不是平顶分布,强度分布较为分散。对输出光纤进行扭转处理后,更多的光纤模式将被激发。在锥区与输出光纤之间过渡一段200/220/360 μm光纤,所得的4×1信号合束器在光束束腰4.88 mm内的强度分布均匀,呈现平顶分布。通过计算可知,该范围内的光束平坦度在0.1以下,并且该光纤信号合束器可以承受的信号功率在2 kW以上。
光纤光学 光纤激光 平顶光 全光纤 信号合束器 
激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1106005
作者单位
摘要
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西安高斯激光科技有限公司, 陕西 西安 710032
为了大功率激光设备工作时, 减小高斯光束束腰半径外低能量所产生的边缘效应, 避免出现毛边、搭接痕迹明显等问题, 需要对它进行光束整形设计。针对大功率激光光源特性(输出平均光功率为500 W, 脉冲宽度为130~160 ns, 重复频率为20~50 kHz, 波长为1 064 nm, 功率调节范围为10%~100%), 为了减小系统的复杂性, 提高激光能量的利用率, 采用伽利略式非球面透镜整形系统进行参数优化; 选取平顶洛伦兹模型为物理模型, 根据能量守恒定律求得入射光与出射光之间的映射关系; 采用光学软件对系统的结构参数和非球面系数进行优化。计算平顶光束在出射距离20,30 mm时的输出能量均匀度。结果表明: 系统的工作焦深在20~30 mm时, 平顶区激光能量均匀度均大于78.0%。以锈蚀的低碳钢板为作用目标进行了激光清洗实验, 光斑作用区域内, 激光与物质相互作用均匀, 证明本设计能满足大功率激光使用环境的要求。
大功率激光 光束整形 平顶洛伦兹模型 平顶光束 high-power laser beam shaping flat-top Lorentz model flat-top beam 
光学 精密工程
2020, 28(10): 2129

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