基于相位差异的激光光束质量测量技术研究

发布时间：2023-02-26 03:03

　　激光光束质量测量技术指利用激光的传播规律,通过成像系统实现对激光强度信息的采集,完成激光光束质量的测量。然而,对于波动性大,稳定时间长的激光器,光斑强度信息的重复性采集耗时长,且采集的光斑强度图像不具备一致性,最终所得光束质量未完整表征激光特性。为解决以上问题,本文提出一种基于相位差异的激光光束质量测量法:多重传播法以最少成像次数,最短光斑信息采集时间,最小光束质量测量误差为特点,改善光束质量参数的测量问题;矩法测量法以高测量效率为特点作为补充测量法。(1)分析衍射的角谱理论,研究激光光场重构方法,结合焦面、离焦面的光斑强度图像给出反演激光光场的方法,建立相位差异激光光场重构模型,反演重构面的激光光场分布;(2)结合重构面的激光光场,研究光束束宽的计算、采样间隔的选取、激光传播廓型曲线的拟合、传播步长的确定四个方面内容。针对OTSU阈值法不能优化处理计算光束束宽时激光光斑图像中边缘数据的局限性,提出改进的OTSU阈值法以适用于光束束宽的计算;分析重构面光场传播中频率混叠现象,给出采样间隔的选取范围;研究激光传播廓形拟合中出现较大误差的光斑大小数据,给出稳健的拟合法实现对误差数据进行部分...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 主要研究内容和章节安排
第2章 激光光束质量的评价与测量
    2.1 激光光束的基本特性
        2.1.1 激光光束的描述
        2.1.2 激光参数的描述
    2.2 激光光束质量评价理论
        2.2.1 激光光束质量的评价参数
        2.2.2 评价指标小结
    2.3 传统激光光束质量测量方法
        2.3.1 扫描法
        2.3.2 感光法
        2.3.3 阵列探测器法
        2.3.4 经典夏克-哈特曼测量法
        2.3.5 传统激光光束质量参数方法总结
    2.4 相位差异的光束质量参数测量方法
    2.5 本章小结
第3章 基于相位差异的激光光场计算
    3.1 经典标量场衍射理论
        3.1.1 光波的数学描述
        3.1.2 基尔霍夫衍射理论
        3.1.3 菲涅尔衍射
        3.1.4 夫琅禾费衍射
    3.2 衍射的角谱理论
        3.2.1 角谱的传播
        3.2.2 孔径对角谱的影响
        3.2.3 角谱理论下的菲涅尔衍射
    3.3 相位差异的激光光场重构模型
        3.3.1 成像系统模型
        3.3.2 相位差异波前重构原理
        3.3.3 评价函数
        3.3.4 重构面光场分布
    3.4 本章小结
第4章 基于激光光场的光束质量参数计算
    4.1 多重传播法的光束质量计算
        4.1.1 光束束宽计算
        4.1.2 采样间隔确定
        4.1.3 激光传播廓形曲线拟合
        4.1.4 传播步长确定
        4.1.5 光束质量参数计算
    4.2 矩法测量法的光束质量计算
        4.2.1 魏格纳分布
        4.2.2 矩法测量法
    4.3 透镜变换公式
    4.4 本章小结
第5章 实验结果分析
    5.1 实验系统建立及实验方法
        5.1.1 实验系统搭建
        5.1.2 实验步骤
    5.2 多重传播法的光束质量测量实验
        5.2.1 光束束宽算法的验证实验
        5.2.2 采样间隔条件的验证实验
        5.2.3 激光传播廓形曲线拟合算法的验证实验
        5.2.4 传播步长条件的验证实验
    5.3 矩法测量法的光束质量测量实验
        5.3.1 完整光场数据的光束质量测量实验
        5.3.2 半光场数据的光束质量测量实验
        5.3.3 1/4光场数据的光束质量测量实验
    5.4 光束质量测量算法比较实验
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间研究成果
致谢



本文编号：3749681