基于相位调制的高斯光束空域匀化技术研究

发布时间：2020-03-30 00:43

【摘要】：近年来,激光在信息技术、电子电路、医疗器械、焊接加工等领域的应用越来越广泛。实际中激光器发出的光束其横向分布具有高斯特性,限制了其应用范围。因此对于特定的使用场景,需要对激光光束进行整形处理,以获得特定能量分布形式。本文以单模高斯光束整形为平顶光束为例,对基于相位调制的空域光束整形匀化技术进行了研究和分析,分别对微透镜阵列匀化系统及液晶空间光调制器匀化系统进行了仿真分析,设计了实验对仿真结果进行验证。本文对高斯光束和超高斯光束的传输过程进行了理论分析,得到一般情况下的光强分布,在MATLAB中建立了高斯光束的仿真模型,并选取40阶超高斯光束作为目标平顶光束。分析了液晶空间光调制器(Liquid Crystal Spatial Light Moudulator,简称LCSLM)的相位调制作用,引入能量均匀度和能量利用率综合评价模型作为仿真和实验结果的评价指标。从几何光学和物理光学两个角度研究了微透镜阵列匀化系统计算模型,分析了透镜元件的相位调制作用。利用TracepPro软件对非成像型和成像型微透镜阵列匀化系统分别进行参数设计及仿真实验,对影响匀化效果的关键参数进行了研究,并针对成像型匀化系统建立了误差分析模型。建立了LCSLM的光束匀化物理模型,提出了相位恢复算法与LCSLM结合的设计思路,针对纯相位型液晶空间光调制器进行了仿真设计及实验。介绍了常见的相位恢复算法,并采用G-S算法通过两种方案生成初始相位并重复试验30次,最终选取了匀化效果较好的高斯型初始相位。初始相位选定高斯型,通过GAA算法进行仿真分析,得到了GAA算法匀化效果优于G-S算法的结论。利用GAA算法设计相位分布并转化为256阶相位灰度图,定量分析了将0-2π范围内相位调制深度进行256阶量化时产生的误差。在实验室条件下将相位灰度图加载于LCSLM上,并对出射光束进行实测及评价,匀化结果与仿真实验基本相符,实现了将高斯光束整形为平行平顶光束的目的。
【图文】：

图 1-1 光阑匀化法示意图年提出了一种基于光阑匀化法的改进光束匀化系统[10]。图1-2为Kohler匀包括由成像透镜、两个孔径光阑（第匀化光源首先经过成像透镜成像于聚透镜前焦点上，根据成像原理可知在无穷远处成像，场光阑的作用是放在目标平面处成像，以此实现需要

图 1-1 光阑匀化法示意图Kohler 于 1893 年提出了一种基于光阑匀化法的改进方法，此方法发展成为了最原始最基本的光束匀化系统[10]。图1-2为Kohler匀化系统示意图。Kohler匀化系统的主要部分包括由成像透镜、两个孔径光阑（第二个孔径光阑称为场光阑）和会聚透镜，待匀化光源首先经过成像透镜成像于第二个孔径光阑表面，因为光阑被放置在会聚透镜前焦点上，根据成像原理可知通过该孔径光阑的光线经过会聚透镜后应在无穷远处成像，，场光阑的作用是放置于特定位置处限制聚焦透镜，使其能够在目标平面处成像，以此实现需要的均匀光斑。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24;TH74

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 丁大虎;;锻造冷轧辊用钢8Cr5MoV均匀化工艺探究[J];特钢技术;2016年01期

2 吴津生;韦成盛;周雄多;;6060铝合金铸棒均匀化工艺改进实践[J];企业科技与发展;2014年08期

3 万林生;孙丽;杨树生;陈玲;龚丹丹;李红超;;钨冶炼溶液体系的非均匀化规律研究[J];稀有金属与硬质合金;2012年01期

4 ;恺撒铝业公司购进移动式长锭均匀化炉[J];轻合金加工技术;2009年06期

5 ;可改善和提高玻璃均匀化效果的玻璃池炉[J];玻璃与搪瓷;2009年04期

6 刘晓涛;崔建忠;;铝合金均匀化扩散动力学研究[J];材料导报;2004年06期

7 陆政,杨守杰,姜海峰,卢健,戴圣龙;一种新型超高强铝合金的均匀化工艺研究[J];航空材料学报;2001年02期

8 周立新,袁新,金红岩;匀浆饮食辅助治疗食道及贲门肿瘤的体会[J];解放军护理杂志;1996年03期

9 G.Hertwich;张正国;;用于铝挤压铸锭的现代均匀化设备(上)[J];轻合金加工技术;1987年08期

10 G·Hertwich;张正国;;用于铝挤压铸锭的现代均匀化设备(下)[J];轻合金加工技术;1987年09期

相关会议论文 前10条

1 李满仓;王侃;姚栋;;连续能量蒙特卡罗方法组件均匀化计算[A];中国核科学技术进展报告（第三卷）——中国核学会2013年学术年会论文集第6册（核物理分卷、计算物理分卷、粒子加速器分卷）[C];2013年

2 胡永明;施工;杨雪;经荥清;单文志;徐小琳;;输运方程组件均匀化问题[A];第十三届全国核物理大会暨第八届会员代表大会论文摘要集[C];2007年

3 聂颖;;Al-4.3Zn-1.7Mg-0.06Cu合金均匀化工艺研究[A];2016中国铝加工产业技术创新交流大会论文集[C];2016年

4 杨路;孙巍;祝哮;张宇;刘兆伟;;7449铝合金铸锭均匀化工艺及组织分析[A];2019年中国铝加工产业年度大会暨中国（邹平）铝加工产业发展高峰论坛论文集[C];2019年

5 叶志民;张鹏;;基于蒙卡均匀化的核能系统物理分析方法研究[A];中国核科学技术进展报告（第三卷）——中国核学会2013年学术年会论文集第2册（铀矿冶分卷、核能动力分卷（上））[C];2013年

6 王丽萍;曲凤娇;王操;苗承义;;6082铝合金铸锭均匀化工艺及过烧组织研究[A];2019年中国铝加工产业年度大会暨中国（邹平）铝加工产业发展高峰论坛论文集[C];2019年

7 李满仓;王侃;姚栋;;B_N理论在连续能量蒙卡方法产生均匀化群常数上的应用[A];中国核科学技术进展报告（第二卷）——中国核学会2011年学术年会论文集第6册（核物理分卷、计算物理分卷、粒子加速器分卷）[C];2011年

8 艾宇;陈尚伦;;不同堆料方式下的物料匀化效果比较[A];第十一届中国钢铁年会论文集——S01.炼铁与原料[C];2017年

9 樊喜刚;蒋大鸣;孟庆昌;;均匀化工艺对Al-Mg-Mn挤压合金性能的影响[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

10 樊喜刚;蒋大鸣;孟庆昌;;均匀化工艺对Al-Mg-Mn挤压合金性能的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

相关重要报纸文章 前2条

1 顾克非;创新路上的痴迷舞者[N];消费日报;2007年

2 Hayrettin Ahlatci 赵德辉 译;硼化铸钢腐蚀磨损行为研究有新进展[N];中国冶金报;2013年

相关博士学位论文 前10条

1 徐侥;具有分层或局部周期结构的偏微分方程的定量均匀化[D];南京大学;2019年

2 张信用;随机动力系统的多尺度方法：平均化、均匀化及其应用[D];清华大学;2017年

3 贾品峰;7050合金电流场热处理研究[D];东北大学;2015年

4 陈佳语;高温合金铸锭均匀化开坯工艺制定依据及优化控制原则[D];北京科技大学;2018年

5 李满仓;连续能量蒙特卡罗方法组件均匀化研究[D];清华大学;2012年

6 黄灏;非全反射条件下粗网格等效均匀化参数的计算及应用[D];上海交通大学;2008年

7 黄富华;周期性复合材料有效性能的均匀化计算[D];哈尔滨工业大学;2010年

8 张永v

本文编号：2606764