基于计算全息的飞秒激光光束整形
发布时间：2021-09-06 20:41
激光光束整形技术一般是指调制入射激光光束的波前分布,得到所需要的强度分布和传播特性。光束整形技术已成为当前国际光学领域的一个研究热点。随着空间光调制器的技术进步,光束整形技术得到了飞速发展,不再局限于固定的光学参数设计,而是可以通过计算全息图动态地调制光场,实现任意图案的光束整形。另一方面,飞秒激光由于其峰值功率高、热效应小,可产生各种非线性效应等优点,在激光加工、信息存储、生物医学成像等领域有重要应用,也非常依赖光束整形。飞秒激光通常并非单色光,其典型带宽为10 nm,在使用空间光调制器对其进行整形时会因为衍射产生色散,导致光束整形效果恶化。在飞秒激光双光子显微成像中,这一问题更为突出。现有方法通常使用棱镜或光栅等器件来补偿光栅引起的色散,而对于计算全息图引起的色散问题至今没有较好的解决方法。本文研究了飞秒激光经过空间光调制器之后的色散规律,提出了基于计算全息的任意图案的高分辨率飞秒激光光束整形方法,并应用于生物医学显微成像领域。主要研究内容如下:（1）本文分析了飞秒激光经过空间光调制器衍射之后的色散规律,研究表明,衍射场的色散由空间光调制器固有的二维光栅结构引起的色散和加载的计算全...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
阿基米德使用几百面镜子将太阳光会聚，点燃敌军战舰[3]
P1、P2间各光线光程相等可求得面 S2的相位函数。1969 年，Kreuzer 使用两个非球面透镜建立的相干光学系统实现了任意强度分光束整形，取得了美国专利授权[11]。1980 年，Rhodes 分析了 Frieden 在求解能恒方程和相位等式时的误差[12]，利用强度映射和光程恒定条件推导出一系列微程，计算了光束整形系统的两个非球面透镜的表面形状，将高斯光束整形为准匀的光束[13]。研究者们基于他们的理论设计制造了双非球面镜光束整形系统，用于全息投影系统[14, 15]。2000 年，Hoffnagle 和 Jefferson 设计了基于两个平凸非透镜的光束整形系统，降低了光学元件的制造难度[16, 17]。2003 年，Zhang 等人了单个非球面透镜的光束整形系统，将非均匀光束整形为均匀的平顶光束[18]。（2）反射式折射式的光束整形系统对入射光的波长敏感，且损伤阈值较低，不适用于高激光[19]。1974 年，美国科学家 McDermit 和 Horton 根据几何光学和能量守恒定计了反射式的光束整形系统，将非均匀的入射光束整形为指定光强分布的光束
顶光束[19]。阵列般应用于成像领域，如复眼成像[23]、多焦点成束整形领域[25-27]。如 Dickey 提出的微透镜阵列，系统由两个部分组成，L1 是由许多个大小相L2 是平凸透镜。微透镜阵列 L1 将入射光束分子光束会聚到靶面上重叠起来，消除了入射激光面的均匀照明[25]。2003 年，美国美国 RPC Ph了激光光束的光强分布控制，并展示了光刻领，我国温州医学院的厉以宇等人为提高屈光手术匀性, 设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜统，在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分光屈光手术对激光光斑质量的要求[27]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光镊技术的研究现况[J]. 李银妹,龚雷,李迪,刘伟伟,钟敏成,周金华,王自强,姚焜. 中国激光. 2015(01)
[2]反射式椭圆高斯光束平顶整形系统[J]. 孟祥翔,刘伟奇,柳华,魏忠伦,康玉思,冯睿,吕伟振. 发光学报. 2013(07)
[3]基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统[J]. 厉以宇,王伟,陈娇洁,戴志岳,林铎儒,郑聪. 激光与光电子学进展. 2011(08)
[4]利用飞秒激光光镊捕获生物细胞[J]. 王锴,邢岐荣,毛方林,郎利影,王专,柴路,王清月. 光电子·激光. 2005(12)
[5]菲涅耳衍射变换及其在二元光学设计中的应用[J]. 李俊昌. 昆明理工大学学报(理工版). 2004(04)
[6]二元光学[J]. 金国藩,谭峭峰. 光电子技术与信息. 2001(05)
博士论文
[1]飞秒激光声光扫描的色散补偿研究[D]. 胡庆磊.华中科技大学 2018
[2]基于空间光调制技术的高速高分辨飞秒激光加工[D]. 张晨初.中国科学技术大学 2016
[3]基于空间光调制器的飞秒激光并行加工技术研究[D]. 杨亮.中国科学技术大学 2015
[4]双球面波自全息成像[D]. 赖小敏.华中科技大学 2014
[5]生物医学光子学成像的若干关键技术研究[D]. 王纬超.上海交通大学 2011
[6]用于激光光束整形的衍射光学元件设计[D]. 林勇.大连理工大学 2009
[7]随机扫描双光子荧光显微成像系统研究[D]. 吕晓华.华中科技大学 2007
[8]飞秒激光显微操作系统的研究[D]. 毛方林.天津大学 2004
本文编号：3388141
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
阿基米德使用几百面镜子将太阳光会聚，点燃敌军战舰[3]
P1、P2间各光线光程相等可求得面 S2的相位函数。1969 年，Kreuzer 使用两个非球面透镜建立的相干光学系统实现了任意强度分光束整形，取得了美国专利授权[11]。1980 年，Rhodes 分析了 Frieden 在求解能恒方程和相位等式时的误差[12]，利用强度映射和光程恒定条件推导出一系列微程，计算了光束整形系统的两个非球面透镜的表面形状，将高斯光束整形为准匀的光束[13]。研究者们基于他们的理论设计制造了双非球面镜光束整形系统，用于全息投影系统[14, 15]。2000 年，Hoffnagle 和 Jefferson 设计了基于两个平凸非透镜的光束整形系统，降低了光学元件的制造难度[16, 17]。2003 年，Zhang 等人了单个非球面透镜的光束整形系统，将非均匀光束整形为均匀的平顶光束[18]。（2）反射式折射式的光束整形系统对入射光的波长敏感，且损伤阈值较低，不适用于高激光[19]。1974 年，美国科学家 McDermit 和 Horton 根据几何光学和能量守恒定计了反射式的光束整形系统，将非均匀的入射光束整形为指定光强分布的光束
顶光束[19]。阵列般应用于成像领域，如复眼成像[23]、多焦点成束整形领域[25-27]。如 Dickey 提出的微透镜阵列，系统由两个部分组成，L1 是由许多个大小相L2 是平凸透镜。微透镜阵列 L1 将入射光束分子光束会聚到靶面上重叠起来，消除了入射激光面的均匀照明[25]。2003 年，美国美国 RPC Ph了激光光束的光强分布控制，并展示了光刻领，我国温州医学院的厉以宇等人为提高屈光手术匀性, 设计了一套由双排透镜阵列和会聚透镜统，在会聚透镜像方焦平面上获得了呈均匀分光屈光手术对激光光斑质量的要求[27]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光镊技术的研究现况[J]. 李银妹,龚雷,李迪,刘伟伟,钟敏成,周金华,王自强,姚焜. 中国激光. 2015(01)
[2]反射式椭圆高斯光束平顶整形系统[J]. 孟祥翔,刘伟奇,柳华,魏忠伦,康玉思,冯睿,吕伟振. 发光学报. 2013(07)
[3]基于透镜阵列的眼科准分子激光光束整形与匀光系统[J]. 厉以宇,王伟,陈娇洁,戴志岳,林铎儒,郑聪. 激光与光电子学进展. 2011(08)
[4]利用飞秒激光光镊捕获生物细胞[J]. 王锴,邢岐荣,毛方林,郎利影,王专,柴路,王清月. 光电子·激光. 2005(12)
[5]菲涅耳衍射变换及其在二元光学设计中的应用[J]. 李俊昌. 昆明理工大学学报(理工版). 2004(04)
[6]二元光学[J]. 金国藩,谭峭峰. 光电子技术与信息. 2001(05)
博士论文
[1]飞秒激光声光扫描的色散补偿研究[D]. 胡庆磊.华中科技大学 2018
[2]基于空间光调制技术的高速高分辨飞秒激光加工[D]. 张晨初.中国科学技术大学 2016
[3]基于空间光调制器的飞秒激光并行加工技术研究[D]. 杨亮.中国科学技术大学 2015
[4]双球面波自全息成像[D]. 赖小敏.华中科技大学 2014
[5]生物医学光子学成像的若干关键技术研究[D]. 王纬超.上海交通大学 2011
[6]用于激光光束整形的衍射光学元件设计[D]. 林勇.大连理工大学 2009
[7]随机扫描双光子荧光显微成像系统研究[D]. 吕晓华.华中科技大学 2007
[8]飞秒激光显微操作系统的研究[D]. 毛方林.天津大学 2004
本文编号：3388141
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