1 国防科学技术大学光电技术学院, 湖南 长沙 410073
2 西北核技术研究所, 陕西 西安 710024
传统的光束漂移测量及校正系统结构复杂、实时性低。针对这一问题，提出了一种基于散焦光栅成像装置的光束对准系统，该系统利用±1级衍射光斑的位置变化来计算光束的平漂量和角漂量，并控制2块倾斜镜分别实现光束平漂和角漂的校正。衍射光斑的形态变化和相机的采样能力是影响系统漂移量测量及校正能力的重要因素。实验结果表明：系统能实现静态和准静态光束漂移量的稳定闭环，光束校正后的离轴残差为0.1 mm，倾斜残差约12″。最后指出系统的改进方向。
测量 散焦光栅 光束对准 漂移量校正 光学学报
2013, 33(s1): s112005
1 国防科学技术大学 光电技术学院，湖南 长沙 410073
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
传统的光束漂移量测量系统利用近、远场测量设备分别测量光束的平漂量和角漂量，结构复杂、实时性低。散焦光栅焦平面处正、负一级衍射斑的位置变化可同时反映光束的平漂量和角漂量，为验证该理论、搭建简化的测量系统需要对光路设计进行仿真。基于散焦光栅的成像机理，利用Matlab软件构建了光束通过散焦光栅的成像模型，仿真结果与理论分析一致；最后对光栅和透镜等不同光路设计参数与最大漂移量测量幅值的关系进行了模拟。结果表明，在成像单元约1 cm2、短焦透镜焦距约12 cm的条件下，为实现漂移量测量精度和可测幅度的最大化，散焦光栅需要离轴15 mm，散焦光栅与短焦透镜的焦距比为6。
散焦光栅 光束漂移测量 仿真分析 defocus grating beam drift measurement simulation and analysis
国防科学技术大学 光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
传统光束质量测量装置不能有效测量脉冲激光的M2因子。为实时检测脉冲激光M2因子,将正交散焦光栅和短焦透镜密接配合使用,同时测量待测光束9个不同位置处的光强分布,用二阶矩方法计算束宽,并经双曲线拟合得到被测光束的M2因子。根据高斯光束的薄透镜变换理论,分析了被测光束束腰宽度和束腰位置变化对测量精度的影响,得到了正交散焦光栅M2因子测量系统对测量参数要求低、动态工作范围大等结论。实验测量了1064 nm Nd:罽AG固体脉冲激光器单个脉冲的M2因子、脉冲之间的M2因子变化和光束M2因子随电压的整体变化情况。结果表明此系统实现了对脉冲激光M2因子的测量,并能实时检测激光工作过程中的M2因子变化。
激光技术 脉冲激光光束质量 M2因子测量 正交散焦光栅
国防科技大学 光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
对利用散焦光栅进行波前曲率测量的新方法进行了系统研究,在分析散焦光栅基本原理的基础上,提出了一种新的二元相位结构散焦光栅的设计思想,研制了基于散焦光栅的波前曲率传感器,应用于热容激光器和侧面抽运Nd:YAG热透镜效应的测量。同时设计了可应用于激光束M2因子测量的正交散焦光栅,该方法的主要特点是,可同时测量出光束的9个不同截面的光斑尺寸,能够实现对脉冲激光光束质量的测量。
测量 散焦光栅 波前曲率传感器 光束质量 自适应光学
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
对基于正交散焦光栅的M2因子测量系统进行了理论研究, 该测量系统可以同时测量光束束腰附近9个不同位置处的光强分布, 并由二阶矩方法计算束宽, 经双曲线拟合得到被测光束的M2因子。为了优化系统设计和提高系统测量精度, 根据高斯光束的薄透镜变换关系, 针对基模高斯光束和多模高斯光束, 分析被测光束束腰宽度、束腰位置和模式分布对测量系统测量精度的影响。结果表明, 基模高斯光束或者多模高斯光束所对应基模高斯光束的束腰宽度在设计范围内时, 系统可在较大的测量距离内具有较高的测量精度。该研究为实际系统的设计和测量提供了理论指导。
激光技术 激光光束质量 M2因子测量 正交散焦光栅
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
设计出相位型正交散焦光栅,实现了一种新的光束质量M2因子实时测量技术。将散焦光栅和短焦透镜密接使用,透镜提供主要的聚焦能力,散焦光栅产生9个光轴,且在每个光轴上对焦距进行微调,使之具有不同的等效焦距,这样利用单一的CCD就可以在透镜焦平面上同时测量待测光束9个不同位置处的光强分布图样。利用二阶矩的方法计算束宽,经双曲线拟合得到光束的M2因子。对He-Ne激光器的输出光束进行了测量,得到其光束质量因子M2=5.775,与传统测量方法得到的结果相比,误差为5.1%。
测量 激光光束质量 M2因子测量 散焦光栅 多平面成像
国防科学技术大学,光电科学与工程学院,长沙,410073
分析了用光栅型波前曲率传感器测量热透镜焦距的基本原理,针对高功率固体激光器的工作特点,结合实验现象推导了在热透镜效应较强时热透镜焦距变化的计算公式.对半导体二极管(LD)侧面泵浦的百W级Nd:YAG激光棒在泵浦电流为15～25 A时的热透镜焦距值进行了测量,讨论了可能存在的误差.实验现象和理论分析一致,测量的热透镜焦距值与理论值符合得较好.
固体激光器 LD侧面泵浦 热透镜焦距 波前曲率传感器 散焦光栅
国防科技大学光电科学与工程学院, 长沙 410073
研制了一套相位光栅型波前曲率传感器。实验结果表明, 相位型散焦光栅能消除零级衍射光的干扰, 正负一级衍射光的衍射效率达到49%。用相差板引进波前畸变, 进行了波前测量实验。用格林函数算法进行了波前恢复, 并和Veeco检测结果进行了比较。制备的光栅型波前曲率传感器测量结果正确, 峰谷值存在10%的误差, 均方根值存在2%的误差。
自适应光学 波前曲率传感器 相位型散焦光栅 波前测量
