椭圆环衍射平面波的光束质量评价

椭圆环衍射平面波的光束质量评价

一、平面波经椭园环衍射后的光束质量评价(论文文献综述)

杨柳[1](2021)在《用于平板波导的体全息光栅制作方法研究》文中指出体全息光栅(Volume Holographic Grating,VHG)因具有衍射效率高、制备简单、噪声低、分辨率高等优点已经被广泛用于波导显示、移动导航等领域。近年来,随着我国在科技军事等方面的高速发展,对头盔显示器、AR等显示系统的各项指标提出了更高的要求。其中VHG作为整个显示系统最核心的光学元件,具有体积小、重量轻等优点,可以实现入射光线的耦入和耦出功能,结合体全息光栅的衍射特性和波导内部的全反射特性,可在平板波导显示系统中得到高质量、大出瞳的图像输出。为了解决平板波导传输过程中衍射效率较低的问题,本文从提高VHG衍射效率出发,分别开展了理论计算、仿真模拟及样片制备的研究,这对于进一步拓展全息光学元件的应用范围具备重要的意义。首先从平板波导显示系统体全息光栅的原理进行展开,对具备衍射特性的光栅结构进行理论分析与计算。简单阐述了 VHG的记录与再现过程、Kogelnik耦合波理论,然后利用Matlab分别计算得到了反射型、透射型体全息光栅元件的衍射特性影响因素,结果表明折射率调制度Δn和光栅厚度d是决定体全息光栅衍射效率的重要性因素。分析可知,透射型体全息光栅在一定膜层厚度内衍射效率呈正弦型曲线,存在波峰、波谷值,反射型呈类似对数型曲线,当光栅厚度达到一定值时衍射效率达到100%且此时不再变化,因此反射型体全息光栅更易制备、且实际应用范围更广。其次通过时域有限差分法设计了可在平板波导显示系统中实现光束耦入/耦出的反射型体全息光栅,分别分析了不同高度、折射率调制度、周期变化对其一级衍射效率的影响。结果表明,引入具备折射率调制的反射型体全息光栅,通过不断优化其结构参数可使衍射效率不断提高,从而提升平板波导显示系统中物信息的传输效率,此模拟计算方法也为后期反射型体全息光栅的制备提供了一定的指导。在理论设计和仿真优化的前提下,最后本文采用了感光性能好、分辨率高的重铬酸盐明胶(Dichromated Gelatin,DCG)作为全息记录介质,制备了具有折射率调制度的反射型体全息光栅。根据实验条件搭建了记录波长为442nm的非对称反射式全息曝光光路,对经曝光、后处理工艺后得到的实验样片的衍射效率进行测量。分析结果表明,通过控制DCG全息干板的制备、记录条件、曝光时间以及水洗、脱水等后处理工艺,可得到衍射性能接近理论设计的反射式VHG。采用分光光度计测量了-1级衍射光强和入射光强,在再现波长为632.8nm时衍射效率最高可达到61.8%,且验证结果表明制备的反射式体全息光栅可在平板波导内传输,该工艺为显示系统全息光学元件的制备提供了实际指导。

杨贵洋[2](2019)在《多级无衍射光束的传播特性及其生成理论与技术研究》文中研究表明无衍射光束其横截面光场分布服从第一类零阶贝塞尔函数形式,在自由空间中始终保持焦点状态传输,其光束强度及尺寸不随传输距离而改变,且遇到障碍物后能在较短传输距离内进行自我修复迅速恢复至原有光学特性。因此,在激光微加工、光学准直与成像、光学精密检测、光学微操纵等领域得到了广泛的研究与应用。但目前针对无衍射光束的研究主要集中于单级无衍射光束,相比而言双级或多级无衍射光束不仅具有单级优点,更在生物医学、原子物理等领域显现出更广阔的应用前景。基于此,本文将对无衍射光束从单级到多级的形成机理、方法及其影响因素展开研究,主要研究内容包括如下几个方面:无衍射光束的基础理论研究:包括几何光学理论和衍射光学理论。基于几何光学理论和轴锥镜法,详细推导了从单级到多级无衍射光束生成过程中,其最大无衍射传输距离和中心光斑尺寸与入射波长、锥镜底角、锥镜半径、锥镜折射率的关系。基于菲涅耳衍射理论,结合“子波相干叠加”数学积分及稳相法原理,推导了平面波垂直入射至轴棱锥透镜后其空间光场分布的积分表达式,数值模拟了无衍射光束其轴上光强分布、径向光强分布以及沿轴向不同传输距离处横向光强分布。在此基础上,将单级锥镜扩展至双级或多级,进而生成双级或多级无衍射光束,重点探究了在衍射场中干涉叠加区其光强耦合分布情况,结合塔尔博特效应详细分析了其振荡周期和生成局域空心光束的演变过程。无衍射光束的传输与转换研究:包括单级、双级、多级锥镜的传输与转换,以及光束斜入射、障碍物遮挡-光束自重构、望远光学系统的传输与转换等。基于轴锥镜法,从理论推导结合实验测试分析了准直激光束垂直入射至单级、双级和多级锥镜后无衍射光束的传输转换特性,重点分析了单级与多级无衍射光束在干涉重叠区的生成差异。与此同时,探究了准直激光束以一定倾角入射至锥镜后无衍射光束的传输特性,得到了入射倾角大小对光束光斑分裂程度的影响关系。基于巴比涅原理和能量流动角度,系统探究了无衍射光束在传输过程中受障碍物遮挡光束自恢复自重构的过程,得到了障碍物尺寸大小对自恢复过程的影响关系。基于轴锥镜法搭载望远光学系统,通过调节望远光学系统透镜焦距实现了基于一种锥镜生成参数可控的无衍射光束系统构建,得到了新的无衍射光束特性与望远光学系统透镜参数变换的关系,减小了原有无衍射光束传播特性取决于光学器件结构参数的限制程度。无衍射光束生成的影响研究:包括锥镜底角和半径等几何参数、入射波长和锥镜折射率等物理参数、以及生成过程中锥镜加工偏差对其传播特性的影响研究。基于轴锥镜法,从理论推导结合实验测试分析了入射激光波长、锥镜底角、锥镜半径、锥镜折射率等基本参数对无衍射光束空间光场分布、光强大小的影响关系,对比分析了现有五种主要的生成无衍射光束方式差异性。基于锥镜加工工艺,构建了锥镜横截面加工对称偏离和非对称偏离模型,在对称偏离中建立了母线内凹、母线外凸、双曲线圆顶等锥镜模型,基于锥镜表面轮廓推导了其振幅透过率函数,模拟了各加工偏离形式对无衍射光束光场分布、光强大小及传输特性的影响。在非对称加工偏离中,建立了加工偏离量随锥镜方位角的变化关系,进而推导了其振幅透过率函数,结合菲涅尔衍射理论对比分析了对称与非对称加工偏离的差异性。本研究为分析轴棱锥透镜锥面加工误差对无衍射光束传播特性的影响提供了理论基础,同时,对进一步完善无衍射光束衍射场理论,拓宽其工程应用范围等具有重要的指导意义。综合上述分析,本课题系统研究了无衍射光束从单级、双级到多级的形成机理、传输与转换、生成影响等综合因素,为无衍射光束在实际工程中的应用奠定理论基础,对参数可控无衍射光学系统的设计、优化及评价具有重要的指导意义。

林晓明[3](2014)在《矩形光波导E00y模衍射特性与耦合特性分析》文中进行了进一步梳理矩形光波导是制作波分复用器、阵列波导光栅和凹面刻蚀光栅等集成光学器件的基本元件。本文主要分析了矩形光波导E00y模的模场分布特性和远场衍射特性,以及矩形光波导E00y模与光纤LP01模的端面耦合特性。给出了一种矩形光波导E00y模模场的近似表达,得到了其总功率的函数计算式,基于平面波角谱理论,推导出了矩形光波导E00y模衍射场的空间频谱表达式,并对其端口输出光束在x,y轴方向上的二阶矩近场模场半宽度、微分算子近场模场半宽度和光束传输因子等光束参量进行了分析,采用方形桶桶中功率对其空间频率半宽度进行了数值计算,得到了由方形桶桶中功率定义的矩形光波导E00y模的空间频率半宽度随归一化频率变化的关系曲线。基于给出的矩形光波导E00y模模场的近似表达,数值计算了矩形光波导E00y模与光纤LP01模的端面耦合效率随矩形光波导E00y模x轴方向上的归一化频率或矩形光波导的宽高比的变化关系,得到了其端面耦合效率大于0.99时,归一化频率或矩形光波导的宽高比的取值范围,并分析了矩形光波导Eooy模与模场分布高斯近似下光纤LP01模的端面耦合效率的相对计算误差。

江虹[4](2014)在《消色差与复消色差平场线性成像物镜的设计》文中提出f-θ透镜作为激光扫描系统中的重要组成部件,除在单波长激光扫描中的应用外,对激光彩印、生物样本扫描等双波长以及多波长扫描系统同样具有广泛应用。本文设计了消色差f-θ透镜和复消色差f-θ透镜,并对其像质进行分析。文章简要分析了高斯光束传输特性,并提出以像方高斯光束束腰半径作为几何弥散斑均方根半径和倍率色差的控制量,以像方瑞利距离作为场曲、像散和球差的控制量,以像方高斯光束束腰直径与f-θ透镜像高的比值作为非线性度的控制量的设计要求。根据上述设计要求,设计了六片式消色差f-θ透镜和七片式复消色差f-θ透镜。消色差f-θ透镜具有像方远心光路,对532nm、632.8nm波长校正位置色差,可用于双波长激光生物扫描系统。通过改变f-θ透镜的后工作距离,使该镜头应用于一般扫描光学系统中。复消色差f-θ透镜对532nm、632.8nm、680nm波长校正二级光谱。文章从光学结构以及场曲、像散、非线性度、弥散斑均方根大小、球差等像差量对f-θ透镜进行分析。最后以弥散斑均方根半径和非线性度为例,讨论像面离焦对三个波长像质的影响。

林晓明,李连煌,郭福源[5](2014)在《矩形光波导E00y模衍射特性分析》文中认为基于Marcatili近似理论,给出了一种矩形光波导Ey00模模场的近似表达,根据平面波角谱理论,推导出了矩形光波导Ey00模衍射场的空间频谱表达式,探讨了其x轴方向上的空间频谱分布特性,分析了矩形光波导Ey00模在x,y轴方向上的光传输因子M2,并采用方形桶桶中功率对矩形波导Ey00模空间频率半宽度进行数值分析,得到了由方形桶桶中功率定义的矩形光波导Ey00模空间频率半宽度随归一化频率变化的关系曲线。

杨峰[6](2007)在《涡流管冷却同轴非稳腔TEA CO2激光器光束质量研究》文中指出高能脉冲TEA CO2激光器由于具有单脉冲能量高、峰值功率高、输出波长处于大气窗口、且其大口径光学元件易于加工等特点,已成为现阶段激光推进系统中的理想推进源之一。为保证激光能量的远距离有效传输,在不断提高TEA CO2激光器单脉冲能量、维持一定重复频率的同时,不断缩小其光束发散角成为激光推进激光源研究的重点内容之一。本文先对光束质量评价参数进行了概述,针对强激光特点及推进系统中激光能量的远距离有效传输条件,确定了在同一桶功率下使用光束质量β因子描述TEA CO2激光器的光束质量。在实验研究的过程中,首先采用漫反射CCD法测量了实验室TEA-30型激光器的平凹稳腔光束发散角,得出光束质量β因子很差,无法满足远距离激光能量传输要求。为进一步减小光束发散角,腔型改进为带有涡流管冷却的同轴非稳腔,该腔型既可对凸镜及窗口进行有效冷却,激光束又可同轴输出,整个腔型结构紧凑,运行方便且稳定。然后,采用长焦距分束方法测量了同轴非稳腔TEA CO2激光器的光束发散角,该方法克服了漫反射方式中漫反射屏引起的光斑变形等缺点,同时长焦距可以大幅度提高测量精度。光束质量较之平凹稳定腔有了显着提高,同时其输出单脉冲能量只是略微有些下降;在凹镜水冷,凸镜及窗口进行涡流管冷却的情况下,激光器分别在不同频率下分别连续运行300s,其光束质量β因子稳定且良好,单脉冲能量稳定,远场聚焦光斑光强分布集中且稳定。

卿与三[7](2002)在《平面波经椭园环衍射后的光束质量评价》文中认为本文从夫琅禾费衍射积分公式出发 ,得到了平面波经椭圆环衍射后远场光强的计算公式 ,在此基础上对平面波经椭圆环衍射后的光束质量进行了讨论。

卿与三,江东林,吕百达[8](2001)在《平面波经方环衍射后的光束质量评价》文中进行了进一步梳理在对平面波经方环衍射后远场光强分布分析的基础上 ,对其光束质量作了详细研究。数值计算结果的物理分析表明 ,可用“桶中功率”曲线、β和 η参数评价这类环状光束的光束质量。同时也指出了这些方法的不足。

卿与三,吕百达[9](2001)在《超高斯光束经椭圆环光阑的衍射和光束质量评价》文中指出本文采用数值计算方法讨论了超高斯光束经椭圆环的衍射现象。以桶中功率 (PIB)、β参数和η参数为远场激光光束质量的评价参数 ,对超高斯光束经椭圆环衍射后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明 ,在椭圆环外径一定的条件下 ,超高斯光束经椭圆环衍射后的光束质量与椭圆环的遮拦比和超高斯光束的阶数有关

二、平面波经椭园环衍射后的光束质量评价(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、平面波经椭园环衍射后的光束质量评价(论文提纲范文)

(1)用于平板波导的体全息光栅制作方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 平板波导设计研究进展
        1.2.2 体全息光栅制作研究进展
    1.3 本论文主要研究内容
2 体全息光栅的基础理论
    2.1 平板波导的传输原理
    2.2 体全息光栅的记录与再现原理
        2.2.1 波前记录过程
        2.2.2 波前再现过程
    2.3 体全息光栅的Kogelnik耦合波理论
    2.4 体全息光栅衍射特性影响因素分析
    2.5 本章小结
3 基于FDTD的反射型体全息光栅模拟分析
    3.1 时域有限差分法
    3.2 FDTD仿真设计模型
    3.3 反射型体全息光栅的衍射特性
        3.3.1 理论与FDTD模拟对比分析
        3.3.2 光栅周期变化分析
    3.4 本章小结
4 用于平板波导的体全息光栅制作研究
    4.1 记录介质选择与全息干板制备
        4.1.1 记录介质的选择
        4.1.2 全息干板的制备
        4.1.3 厚度均匀性测量
    4.2 反射型体全息光栅的光路设计及搭建
    4.3 反射型体全息光栅的记录及后处理工艺
        4.3.1 曝光记录
        4.3.2 后处理工艺
    4.4 本章小结
5 体全息光栅影响因素分析及平板波导验证
    5.1 反射型体全息光栅影响因素分析
        5.1.1 涂胶厚度与曝光时间影响分析
        5.1.2 折射率调制度影响分析
        5.1.3 后处理工艺影响分析
    5.2 平板波导验证实验
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及成果
致谢

(2)多级无衍射光束的传播特性及其生成理论与技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 无衍射光束研究背景及特性
        1.1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.1.3 无衍射光束的主要生成方式
    1.2 课题来源与研究意义
        1.2.1 课题来源
        1.2.2 研究意义
    1.3 无衍射光束的电磁方程标量解
        1.3.1 零阶贝塞尔光束
        1.3.2 高阶贝塞尔光束
    1.4 本章小结
2 无衍射光束的基础理论研究
    2.1 Axicon生成无衍射光束的传播特性
        2.1.1 几何光学分析
        2.1.2 衍射理论分析--菲涅耳衍射理论
    2.2 无衍射光束簇的传播特性
        2.2.1 Airy光束
        2.2.2 Cosine光束
        2.2.3 Mathieu光束
        2.2.4 Parabolic光束
    2.3 本章小结
3 无衍射光束的传输与转换研究
    3.1 无衍射光束的自重构特性
        3.1.1 巴比涅原理
        3.1.2 自重构理论
    3.2 望远光学系统的传播特性
        3.2.1 理论分析
        3.2.2 实验测试
    3.3 本章小结
4 无衍射光束生成的影响研究
    4.1 光束倾斜入射的影响分析
    4.2 Axicon圆对称加工误差的影响分析
    4.3 Axicon非圆对称加工误差的影响分析
    4.4 本章小结
5 非直线母线Axicon生成的无衍射光束
    5.1 振幅透过率函数理论
    5.2 母线内凹Axicon透镜
    5.3 母线外凸Axicon透镜
    5.4 双曲线圆顶Axicon透镜
    5.5 母线呈阶梯分布Axicon透镜
        5.5.1 二阶Axicon透镜
        5.5.2 多阶Axicon透镜
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果

(3)矩形光波导E00y模衍射特性与耦合特性分析(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
中文文摘
目录
绪论
    第一节 课题背景
    第二节 矩形光波导衍射特性与耦合特性的研究现状
    第三节 本论文的主要工作
第一章 矩形光波导E_(00)~y模模场特性与衍射特性分析
    第一节 前言
    第二节 矩形光波导E_(00)~y模的模场特性
    第三节 矩形光波导E_(00)~y模的空间频谱
    第四节 矩形光波导E_(00)~y模的光束参量
    第五节 本章小结
第二章 矩形光波导E_(00)~y模与光纤LP_(01)模耦合特性分析
    第一节 前言
    第二节 矩形光波导E_(00)~y模与光纤LP_(01)模的端面耦合效率
    第三节 本章小结
第三章 结论
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
个人简历

(4)消色差与复消色差平场线性成像物镜的设计(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
中文文摘
目录
绪论
    第一节 激光扫描系统及f-θ透镜原理概述
    第二节 f-e透镜发展概述
第一章 激光扫描及高斯光束传输特性对f-θ透镜设计要求分析
    第一节 前言
    第二节 激光扫描系统及高斯光束传输特性分析
    第三节 高斯光束基本性质及扫描系统的分辨本领
    第四节 本章小结
第二章 消色差f-θ透镜的设计
    第一节 前言
    第二节 f-θ透镜及其特性
    第三节 一种消色差f-θ透镜的设计要求及光学结构
    第四节 消色差f-θ透镜的像质评价
    第五节 消色差f-θ透镜的公差分析
    第六节 一般用途f-θ透镜的像质分析
    第七节 本章小结
第三章 复消色差f-θ透镜的设计
    第一节 前言
    第二节 复消色差的原理及方法
    第三节 复消色差f-θ透镜的设计要求及光学结构
    第四节 复消色差f-θ透镜的像质分析
    第五节 复消色差f-θ透镜的公差分析
    第六节 像面离焦引起的像质变化
    第七节 本章小结
第四章 结论
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢

(5)矩形光波导E00y模衍射特性分析(论文提纲范文)

1 引言
2矩形光波导Ey00模衍射频谱特性分析
3 矩形光波导Ey00模光束参量特性分析
4 结论

(6)涡流管冷却同轴非稳腔TEA CO2激光器光束质量研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 TEA CO_2激光器简介及应用
    1.2 激光推进技术
    1.3 高能TEA CO_2激光器光束质量改进方案
    1.4 本课题的研究方向及内容
2 激光光束质量定义及测量
    2.1 强激光特性及光束质量评价
    2.2 光束发散角CCD 测量法
        2.2.1 漫反射方式
        2.2.2 分光束方式
    2.3 发散角测量的其他方法
    2.4 各种测量方法的比较及方案确定
3 平凹稳定腔TEA CO_2激光器光束质量
    3.1 TEA CO_2激光器平凹稳定腔的设计及参数
    3.2 漫反射方式测量发散角实验装置及结果分析
    3.3 本章小结
4 涡流管冷却同轴非稳腔TEA CO_2激光器光束质量
    4.1 同轴非稳腔设计及参数
    4.2 分光束法测量光束发散角
    4.3 凹镜水冷,凸镜及窗口无冷却实验结果及分析
    4.4 高能激光器中的冷却问题
    4.5 涡流管冷却系统
        4.5.1 涡流管制冷
        4.5.2 高能TEA CO_2激光器涡流管冷却系统
        4.5.3 涡流管冷却的有限元模拟
    4.6 凹镜水冷,凸镜及窗口进行涡流管冷却实验结果及分析
    4.7 本章小结
5 总结及展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士期间发表的论文目录
附录2 同轴非稳腔光斑数据处理C++程序

(7)平面波经椭园环衍射后的光束质量评价(论文提纲范文)

1.平面波经椭园环衍射后远场的光强分布
2.光束质量评价
    2.1 PIB曲线
    2.2 β参数
    2.3 η参数

(9)超高斯光束经椭圆环光阑的衍射和光束质量评价(论文提纲范文)

1 引言 (1)
2 超高斯光束经椭园环后的远场光强分布
3 光束质量评价
    3.1 PIB
    3.2 β参数
    3.3 η参数
4 小结

四、平面波经椭园环衍射后的光束质量评价(论文参考文献)

  • [1]用于平板波导的体全息光栅制作方法研究[D]. 杨柳. 西安工业大学, 2021(02)
  • [2]多级无衍射光束的传播特性及其生成理论与技术研究[D]. 杨贵洋. 西南科技大学, 2019(11)
  • [3]矩形光波导E00y模衍射特性与耦合特性分析[D]. 林晓明. 福建师范大学, 2014(03)
  • [4]消色差与复消色差平场线性成像物镜的设计[D]. 江虹. 福建师范大学, 2014(05)
  • [5]矩形光波导E00y模衍射特性分析[J]. 林晓明,李连煌,郭福源. 光学学报, 2014(05)
  • [6]涡流管冷却同轴非稳腔TEA CO2激光器光束质量研究[D]. 杨峰. 华中科技大学, 2007(05)
  • [7]平面波经椭园环衍射后的光束质量评价[J]. 卿与三. 宜宾学院学报, 2002(06)
  • [8]平面波经方环衍射后的光束质量评价[J]. 卿与三,江东林,吕百达. 激光技术, 2001(05)
  • [9]超高斯光束经椭圆环光阑的衍射和光束质量评价[J]. 卿与三,吕百达. 激光杂志, 2001(05)

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椭圆环衍射平面波的光束质量评价
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