基于相位调制的高斯光束空域匀化技术研究

论文摘要

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。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 康凯

导师: 范志刚

关键词: 高斯光束,激光整形匀化,微透镜阵列,液晶空间光调制器

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,无线电电子学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TN24;TH74

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004511

总页数: 90

文件大小: 4876K

下载量: 143

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