刘志军[1]2003年在《飞秒脉冲光束通过自由空间、色散介质和透镜的传输特性研究》文中研究指明随着飞秒脉冲激光技术的迅速发展，实验室已经能够产生几个光周期和接近一个光周期的超短脉冲。这类超短脉冲光束的传输变换引起了广泛的研究兴趣。本论文对飞秒脉冲光束通过自由空间、线性色散介质和单透镜的传输特性作了深入研究。主要具有创新性的工作包括： 1．使用复解析信号法和稳相法推导出了等衍射长度超短脉冲高斯光束在自由空间远场非近轴传输方程，可用来处理自由空间远场大角度的传输。复解析信号解会出现光谱红移、变窄、脉冲变宽等与脉冲包络解不同的时空特性。 2．从瑞利衍射积分公式出发，利用复解析信号法推导出了等衍射长度超短脉冲高斯光束在自由空间近场非近轴传输方程，在近轴近似条件下与文献已有的近轴结果一致。数值计算例说明在近场随衍射角的增大会出现脉冲变形、加宽、谱红移、变形、变窄等特性，脉冲形状在近场随传输距离变化而变化，但在远场保持不变。 3．对超短脉冲贝塞尔光束在近轴近似和非近轴情况下自由空间中的传输作了比较，以数值计算例讨论了非近轴效应对其传输特性的影响。当空间参数α较小时超短脉冲贝塞尔光束的时间波形不受非近轴效应影响；然而当空间参数α较大时，非近轴效应影响超短脉冲贝塞尔光束的时间波形。给出了近轴近似成立的条件。 4．从瑞利衍射积分公式出发，未作慢变振幅近似和近轴近似的条件下，导出了等衍射长度超短脉冲高斯光束在色散介质中非近轴传输方程，可用来处理色散介质较大角度的传输。数值计算例说明了在色散介质中会出现谱红移、变窄、及脉冲形变等传输效应，而且对初始光谱引入截断函数可以避免“非光束”行为。 5．未作近轴近似的条件下，用傅立叶积分变换法详细研究了超短脉冲贝塞尔光束在正、负色散介质中的传输特性。脉冲光束的空间形状在传.绷..纽翔......1习jJJlee|JJJJ输过程中保持J。形状不变，时间波形依赖于材料色散和衍射。在负色散介质中传输时，脉冲会变宽、带有负惆啾:而在正色散介质中传输时，脉冲会变宽、带有正惆啾或负叨嗽，当光束和色散参数满足一定条件时能实现“无衍射无色散”传输。数值计算给出了高阶色散可忽略的条件。 6，使用傅立叶积分变换法，在考虑透镜色差和高阶色散效应的较为一般情况下，分别研究了等束宽超短脉冲高斯光束和等衍射长度超短脉冲高斯光束通过硅玻璃透镜的聚焦特性。对于几个光周期的超短脉冲，除透镜色差外，还应当考虑群速度色散，且其影响依赖于透镜材料和光束参数。一般说来，透镜色差和群速度色散会使焦平面上脉冲光束的时间、空间光强分布展宽，峰值光强降低。更高阶色散的影响较小。
邹其徽[2]2006年在《超短脉冲光束的传输特性和光谱异常行为的研究》文中提出由于采用了啁啾脉冲放大(CPA)和光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)等技术，已获得了超短、超强激光脉冲。超短超强激光脉冲为强场物理的研究提供了技术手段和极端物理条件，也被广泛应用于生物和化学等领域的瞬态动力学过程研究。从超短激光脉冲的产生到应用均涉及超短脉冲在自由空间、色散介质(光栅、棱镜对、光纤和透镜等)、光阑中的传输。因此，超短脉冲光束在自由空间、色散介质、光阑等光学系统中传输的时间空间特性及光谱特性的研究对超短激光脉冲的设计和应用具有重要的实际意义。 详细介绍了超短脉冲相关的基本概念(包括脉冲宽度、载波频率、中心频率和振荡的光周期数)，脉冲的复解析信号和脉冲包络表示，常见脉冲数学-物理模型(高斯、罗仑兹、双曲正割、泊松谱、非对称双曲正割、矩形、啁啾高斯和超高斯啁啾脉冲等)，研究超短脉冲的傅里叶变换方法、直接求解波动方程、近似计算方法和矢量分析等方法，以及超短脉冲在自由空间、线性色散介质、非线性色散介质中传输的主要研究方法。本论文基于上述提及的基本概念、分析方法和衍射积分理论，以描述超短脉冲光束的数学物理模型(包括超短脉冲高斯光束、超短脉冲贝塞耳—高斯光束、超短脉冲拉盖尔—高斯光束和超短啁啾脉冲光束等)为主要研究对象，研究超短脉冲光束在自由空间、色散介质和通过光阑的传输特性和位相奇点附近的光谱异常行为。现将本论文所得主要结论总结如下： 基于瑞利—索末菲衍射积分、角谱法和复解析信号法，推导出了等束腰宽度超短脉冲高斯光束在自由空间的严格的传输方程和傅里叶谱，适用于几个光周期甚至一个光周期以下的超短脉冲光束和大衍射角情形，而不产生空间奇异
李德荣[3]2009年在《随机扫描双光子显微镜中飞秒激光传输特性研究》文中研究说明大脑神经回路功能研究是当前国际生命科学的前沿热点研究领域。但现有的研究手段还无法同时观测到大规模神经元网络的快速活动，极大地制约了对大脑功能机制的研究。随机扫描双光子显微成像技术具有高时空分辨率、大成像深度及活体成像等众多优点，因而有望为这一领域提供一项全新的观测手段。随机扫描双光子显微成像技术的关键在于用无惯性的声光扫描方式快速控制飞秒激光的偏转。声光偏转器的色散补偿是其中的难点，而飞秒激光经角色散后的传输是解决这一问题的理论基础。但传统的飞秒激光传输理论并不适用于这一新兴应用领域，缺少理论指导的随机扫描双光子显微成像技术在提高时空分辨率方面进展缓慢，难以实现对大规模神经元网络的快速高精度观测。本文对随机扫描双光子显微镜中飞秒激光传输特性进行了系统深入的研究，完整解决了这一理论问题，发现了空间与时间色散通过角色散耦合的规律，为空间与时间色散同时补偿的方案提供了理论依据，基于此原理的单个角色散器件同时补偿空间和时间色散的方案高效解决了声光偏转器的色散补偿这一核心难题，为建立随机扫描双光子显微成像装置并应用于神经学研究奠定了基础：阐明了飞秒激光经角色散后的光斑展宽规律，获得任意传输距离处的光斑解析式，精确预测了声光偏转器对飞秒激光的光斑展宽，并揭示了光斑展宽的物理机制。阐明了飞秒激光经角色散后的脉冲展宽规律，获得任意传输距离处的脉宽解析式，精确预测了声光偏转器对飞秒激光的脉冲展宽。建立了同时适用于平面波、球面波和高斯光束的飞秒激光经角色散后的脉冲展宽统一理论，并揭示了不同光束模型下脉冲展宽的物理机制。阐明了飞秒激光经过经典的脉冲展宽／压缩器过程中引入时间啁啾的变化规律，解释了高斯光束和平面波在这一过程中引入不同时间啁啾的根本原因，并采用二维光谱干涉法对时间啁啾的传输规律进行了实验证实。描述了空间啁啾和脉冲倾斜的传输规律，建立了一套飞秒脉冲测量装置，对飞秒激光脉冲和光谱的强度和相位进行了定量测量，对角色散引起的空间啁啾和脉冲倾斜进行了定性测量。研究了随机扫描双光子显微镜的色散补偿原理与方法。发现空间与时间色散通过角色散耦合的规律，为单个角色散器件同时补偿声光偏转器空间和时间色散的方案提供了理论依据，并基于高斯光束模型实现了对时间色散的精确补偿。该原理与方法目前已被国际同行所采用。
游开明[4]2009年在《宽带脉冲激光的传输和聚焦特性研究》文中研究指明宽频带超短激光脉冲技术是当今重大科学前沿领域之一。同时,研究宽频带激光脉冲的传输和聚焦特性对于高功率激光系统的总体设计、性能优化和安全运行等具有重要现实意义。本论文采用解析和数值模拟方法,研究了宽频带激光束线性传输的空间与时间特性,以及在Kerr介质和负折射率介质中非线性传输的自聚焦特性,取得如下结果:第一,基于单色光的传输理论,推导出了宽带激光通过线性介质、透镜和空间滤波器的传输方程,并发展了相应的数值计算算法和程序。特别是,为提高宽带激光4维时空传输的数值模拟计算速度,开发了基于Dini级数展开的准离散Hankel变换算法,该算法不仅能直接计算对称轴上点的值,而且能高保真地进行许多次变换,对模拟计算宽带激光在圆对称系统中的传输,特别是非线性传输具有十分重要的意义。第二,研究了宽带激光束通过自由空间和空间滤波器传输的调制特性,用数值方法得出了调制深度与菲涅尔数F和衍射极限倍数M的定量关系。同时定性地得出了带宽对光束空间均匀性的影响,发现带宽越大,光束空间横截面的均匀性越好。进一步通过解析方法得到了宽带激光自由空间传输消除菲涅尔衍射的条件,发现当带宽△λ=2λ_0/F时(λ_0是光束的中心波长),菲涅耳衍射完全消失。这些定量关系可为高功率激光系统设计参数的选择提供参考依据。第叁,研究了宽带激光通过平板色散介质的空域、频域和时域特性,得到了衍射环数、高斯光束空间光腰和脉冲展宽与带宽和介质厚度的关系;导出了宽带激光通过色散楔的传输方程,发现一定的带宽对光束的空间分布有很好的平滑作用,但在不同位置它同时使脉冲的时间波形产生不同程度的失真;在考虑高阶色散的情形下,研究了透镜的聚焦特性,得到了透镜在光束中心波长对应的焦点附近的聚焦行为。最后,研究了宽带激光的非线性热像现象,发现宽带激光的带宽对非线性热像有一定程度的抑制作用,但效果不明显。考虑到双色散楔不仅对光束的空间分布有很好的平滑作用,而且还可避免脉冲波形的失真,进一步研究了在光路中加入双色散楔来抑制非线性热像形成的方案,发现随着色散楔顶角的增大,热像强度大幅度减小。
邱彪[5]2014年在《飞秒脉冲激光通过透射型体Bragg光栅的传输特性研究》文中指出随着飞秒脉冲激光技术的发展，人们已经可以获得大带宽、高峰值功率的脉冲激光，研究飞秒脉冲激光的传输与控制问题是激光技术领域的一项重要内容。透射型体Bragg光栅拥有良好的角度选择和波长选择特性，基于透射型体Bragg光栅的近场滤波技术为高功率激光光束的空间滤波提供了一种新途径。然而飞秒脉冲激光包含很多频谱成分，由于透射型体Bragg光栅的群延迟色散和角色散，当飞秒脉冲激光通过透射型体Bragg光栅传输时会产生时空畸变。本论文主要研究飞秒脉冲激光通过透射型体Bragg光栅的时域和空域特性，研究结果对于透射型体Bragg光栅应用于飞秒脉冲激光的近场滤波有着一定的指导意义。采用Kogelnik耦合波理论对飞秒脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域特性进行了研究。讨论了透射型体Bragg光栅的波长选择特性和群延迟色散，分析了频谱剪切和光栅的群延迟色散对衍射脉冲时域光强分布的影响。结果表明，当入射脉冲宽度为100fs时，衍射脉冲展宽主要源自于透射型体Bragg光栅波长选择性对入射脉冲的频谱剪切；当入射脉冲宽度分别为20fs和10fs时，衍射脉冲的时域光强分布不仅受频谱剪切的影响，而且与光栅的群延迟色散密切相关。此外，本论文还研究了飞秒脉冲激光通过透射型体Bragg光栅的空域特性，讨论了透射型体Bragg光栅的角色散和衍射脉冲的空间啁啾，分析了入射脉冲宽度分别为100fs和70fs时，衍射脉冲在空间上的展宽情况。结果表明，随着传输距离的增大，衍射脉冲的光束口径逐渐增大，衍射脉冲在空间上的展宽程度随着衍射脉冲频谱带宽的增大而增大。
张小民[6]2006年在《宽带高功率激光系统总体与关键技术研究》文中认为高能量密度科学(HEDS)是当今前沿科学领域极具前瞻性、基础性的研究方向，主要包括激光驱动惯性约束聚变、极端条件下的凝聚态物理、高亮度X射线和高能粒子束的产生以及实验室天体物理等前沿基础研究。而高功率超强激光系统则是最重要的研究工具，其自身也是一项综合性的重大科学工程。由于HEDS需求的多样性和不确定性，要求高功率激光驱动源具备多参数、大跨度的调节能力，多功能兼容以及灵活的适应能力。如何应对这一严峻的挑战，正是本论文研究的主要任务。本论文在吸取前人研究成果基础上，首次提出并论证了以“全系统宽频带激光技术”为核心的总体技术路线，该技术方案有望集高能量、多脉宽、多波长等功能于一体，实现系统灵活地切换或组合配置，最大限度地满足物理应用的多种需求。在理论上和实验上研究了相关的创新性关键技术，包括1微米波段宽带飞秒光源的产生和宽带啁啾脉冲的高能量放大等，取得具有先进水平的实质性进展。在OL、CPL、SPIE等刊物发表(含已接受)论文八篇。本论文主要内容和创新点如下：1．首次提出基于“全系统宽频带技术”为核心的总体技术路线，构建新型高功率激光系统，兼容高能量、多脉宽(fs、ps、ns)和多波长等功能，有效地满足高能量密度科学的发展需求根据高能量密度科学(HEDS)对高功率激光驱动器的需求，分析了现有叁类高强度固体激光系统的技术现状、存在的不足和亟待改进的问题，预测未来驱动器可能走向“相互融合、叁超聚一”的发展趋势，提出了基于宽带激光产生、传输、放大、倍频和光束控制为核心的总体技术路线，在同一装置上实现“零同步”输出高能量的飞秒级、皮秒级和纳秒级叁类激光脉冲。这一新型多功能高功率激光系统简称为“Hi-FPN激光系统”。其中，F系指输出激光脉冲宽度为百飞秒(啁啾脉冲完全压缩)、P指皮秒(啁啾脉冲部分压缩)、N指纳秒(啁啾脉冲不压缩)，Hi指所有叁档脉冲均有千焦耳级高能量且波长可高效率倍频转换。详细研究了Hi-FPN激光系统中脉冲能量转换、宽带光束控制等科学基础问题，确定了系统的总体构成，分析了主要关键技术，提出了创新性的技术方案和思路。研究结果表明，尽管还有若干具体技术难题有待解决，但Hi-FPN概念的提出和具体化，为未来高功率激光驱动器在总体技术路线方面的创新发展奠定了可行的科学技术基础。2．创新性地提出产生1微米波段宽带超短脉冲激光的“超连续谱注入+飞秒参量放大”技术方案，完成理论与实验研究，取得国际上同类研究的最好结果，为Hi-FPN激光系统提供了高性能的种子光源。相关论文在OL、CPL等刊物上发表，得到评阅人的好评。Hi-FPN激光系统要获得高能量激光输出，现阶段还必需借助于磷酸盐钕玻璃作为激光放大系统的增益介质。为此，系统前级“种子”光源必需具有匹配的波长，即1.053μm。而产生1微米波段的宽带超短光源就成为实现Hi-FPN激光系统最为重要的关键技术之一。尽管已有多种可能的方案，但还不能完全满足应用要求。论文提出的新型技术方案中，利用商品级成熟的高功率钛宝石飞秒激光(800nm)作为光参量放大(OPA)的泵浦源，同时由其诱导产生的时间上零抖动的超连续谱为OPA的注入源，经过高增益飞秒参量放大，可获得高能量、高质量、大带宽的1.053μm飞秒激光。对这一方案进行了深入的理论研究、技术攻关和判断实验，证实了这一创新方案的可行性。初步实验结果获得了大于4mJ脉冲能量、短于100飞秒脉宽和高光束质量的信号光，这是目前国际上1微米波段飞秒光参量放大的最大输出能量和最好指标。进一步优化实验条件，还可以达到更好更高的性能。为发展Hi-FPN激光系统打下了坚实的技术基础。3．总结前人研究成果，归纳提炼出完整的放大动力学理论框架，确立适用于不同带宽层次的放大方程组。针对啁啾脉冲类型的1微米波段宽带激光，具体进行了数值模似和实验研究，获得目前国内最高能量的百焦耳级宽带啁啾脉冲，初步演示了新型总体技术的可行性。首先将激光脉冲的带宽区分为“窄带”、“准宽带”、“宽带”、“大宽带”和“极宽带”五个层次。吸取前人研究成果，归纳提炼出较为完整的放大动力学理论框架，即精确理论模型(或标准理论模型)、实用理论模型和简化理论模型。对不同带宽层次、不同谱线加宽及能级弛豫机制，确立了相应近似度的放大方程组。针对磷酸盐钕玻璃放大系统，对1微米波段的啁啾脉冲型宽带激光，具体进行了数值模拟和实验研究。建立了时间-光谱实时测量系统，同时测量啁啾脉冲的光谱、脉宽及啁啾时空特性。实验结果基本校验了理论计算的准确性，并获得目前国内最高能量的百焦耳级宽带啁啾脉冲。为获得大带宽、大能量、百飞秒激光脉冲，需充分利用钕玻璃的增益线宽(约20nm)。提出了叁种光谱整形方案，用以补偿增益窄化效应，实验研究在进行中。产生1微米波段飞秒宽带光源和啁啾脉冲宽带放大的实验结果，初步演示了新型总体技术的可行性。本论文研究的新型宽带高功率激光系统总体和关键技术，具有创新技术初期所共有的不成熟性、风险性和非共识性，国际上也尚无成功先例。论文虽已取得若干前期探索的研究成果，但在理论上和实验验证上都还有不小差距，一些重要的物理问题，如非线性自聚焦效应、色散效应、高效宽带倍频和脉冲压缩等，本论文未及展开研究；限于实验条件，高通量运行下的负载能力、稳定性、可靠性等工程问题还未得到充分考核和验证等。本文的工作只是一个开始，今后要继续以大型科学工程为需求牵引，进一步提炼核心科学技术问题，深入地进行基础性研究，严格地考核工程技术可行性，在坚实的科学技术基础上完善和发展“Hi-FPN激光系统”的总体和关键技术。
徐延冰[7]2007年在《超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究》文中研究表明随着超短脉冲激光技术的发展，实验室中已经能够产生几个甚至一个光周期的超短脉冲光束。另一方面，不同光源产生的脉冲光束其相关性也不相同。例如，琐模激光脉冲光束和截断连续波脉冲光束具有不同的相关性，即使它们具有相同的时间波形。这种脉冲的传输特性已经引起广泛关注。本论文对超短脉冲光束通过近轴光学系统的传输特性作了深入研究。主要研究结果包括：1．对部分空间相干超短脉冲光束的M~2因子进行了研究。从时空Wigner分布函数出发，以高斯-谢尔脉冲光束为例，导出了高斯-谢尔脉冲光束在近轴非色散光学系统中传输的M~2因子公式。结果表明，M~2因子受空间相关度，带宽(或脉冲宽度)和平均波长的影响。此外，对啁啾高斯-谢尔脉冲光束，M~2因子还与啁啾参量有关。另一方面，研究了色散透镜对高斯-谢尔脉冲光束的传输变换和聚焦特性。和完全空间相干情况的数值结果相比，空间相关度使得能量密度分布曲线加宽、极值减小。2．在时域内，对部分相干超短脉冲光束在色散光学系统中传输特性进行了研究。利用Wigner分布函数，导出时间域内部分相干超短脉冲光束在近轴色散光学系统中传输的二阶相关函数解析公式。理论分析表明：部分相干超短脉冲光束在色散光学系统中传输时，其强度和脉宽均受相关时间宽度和色散矩阵(或时间矩阵)等影响。脉冲光束在一个理想啁啾器件和线性色散介质组成的光学系统中传输时会出现脉宽减小、恢复和增大的现象。脉冲恢复初始脉宽的传输位置依赖于啁啾参量、群速率色散参量(GVD)和相关时间宽度。由于受相关时间宽度的影响，部分相干脉冲恢复初始脉宽的最大传输距离总是小于色散长度。3．提出等衍射长度空心高斯脉冲光束(HGPBs)模型。利用傅里叶变换方法，导出了空心高斯脉冲光束的传输公式。等衍射长度高斯脉冲光束的传输公式是这个公式的特例。对空心高斯脉冲光束在自由空间中的传输特性进行了研究。研究结果表明，轴上的高阶空心高斯脉冲光束出现多个对称的时间波形，轴外的高阶空心高斯脉冲光束在其振幅分布区域内出现暗环。在出现暗环的位置上，脉冲光束的时间波形形状突变。此外，还对空心高斯脉冲光束的光谱和能量密度分布特性进行了研究。4．利用菲涅尔衍射积分，只考虑一维情况，导出了等衍射长度高斯脉冲光束通过矩孔光阑衍射远场的传输公式。脉冲的光谱最大值偏移且光谱发生分裂，具体情形与衍射方向及截断参数有关。另外，时间波形随本地时间的增大逐渐分裂成对称的两个部分。
刘洋[8]2015年在《飞秒激光时空同步聚焦特性及其微纳加工应用研究》文中研究表明飞秒激光是一种应用广泛的超快激光,飞秒激光具有极短的持续时间和极高的峰值功率,这使得其在微纳加工中具有诸多独特的优势;时空同步聚焦则是一种全新的宽频激光光场聚焦方式,时空同步聚焦提供了新的聚焦维度和可控维度,这使得其在光斑尺寸形状及动态控制等方面具有突出优势。近年来,越来越多的研究学者将飞秒激光与时空同步聚焦结合并应用于加工领域,这一技术解决了诸多原来单使用飞秒激光加工所具有的诸多问题。例如,避免了长焦距聚焦下飞秒激光加工引起的自聚焦效应;解决了飞秒激光直写加工微通道截面不圆的问题并实现了具有可变深宽比截面的微通道加工;提高了多光点叁维快速成型加工时激光传播方向精度等。飞秒激光时空同步聚焦加工技术的独特性质使得其在微通道加工、叁维快速成型加工、生物及高散射材料加工、加工过程的高速动态控制等领域具有巨大的应用前景。然而,飞秒激光时空同步聚焦加工技术是一种非常新的技术,对其特性及加工应用的研究才刚刚开始,尚存在诸多未解决的科学问题。本文对飞秒激光时空同步聚焦的聚焦光斑静态及动态特性进行了理论研究,并且通过实验研究了其聚焦特性在微纳加工中的应用。论文主要研究内容如下:1.通过引入频率这一光场整形维度,拓展了原空间整形及聚焦的计算算法,研究并实现了通用的空间域和时域超快激光光场整形及聚焦算法。通过理论计算分析了多种振幅整形、相位整形及偏振整形的空间聚焦特性。2.理论研究了时空同步聚焦的光斑的静态特性和动态特性。静态上,相比于空间聚焦,时空同步聚焦的光斑的瑞利长度更短,同时时空同步聚焦的焦平面存在一定的倾斜现象;动态上,时空同步聚焦的聚焦光斑可以随时间快速位移或变形。根据时空同步聚焦光斑的动态特性,提出了一种控制超快光斑动态演化的方法。并将时空同步聚焦技术与其它技术相结合实现了多种形状光斑的快速移动、光斑间歇式移动、多点同步移动等。这为微纳加工提供了全新的控制维度,并为微纳加工中超快过程的动态控制提供了基础。3.实验研究了时空同步聚焦光斑的静态特性和动态特性对加工的影响。静态上,观测了时空同步聚焦的空气电离状态,并将其与传统空间聚焦作对比,并将这种聚焦方法应用于微通道加工。动态上,研究了时空同步聚焦所引起的光斑快速平移现象对加工区域及加工微结构的影响。
吴尚[9]2016年在《基于体布拉格光栅的宽带角选择空间滤波研究》文中进行了进一步梳理激光光束控制是高功率激光研究的关键技术之一。在高功率激光装置中,灰尘、镜面上的加工瑕疵以及光学材料自身的不均匀都会在光束中引入振幅或相位调制,降低光束质量。空间滤波器是提高光束质量、实现光束控制的主要方法之一。传统针孔空间滤波器由于其聚焦原理会衍生出其他一些问题,包括等离子体堵孔效应、空气击穿等,因此要求针孔滤波器具有庞大的体积和较高的环境真空度等。记录在光热敏折射率玻璃中的体布拉格光栅由于其具有较高的衍射效率和优秀的布拉格选择特性而被广泛应用在近场角选择空间滤波领域。角选择空间滤波能够在非聚焦的光束近场实现高质量的空间滤波,提高光束强度分布的均匀性。角选择空间滤波器在实际激光装置中应用存在两个问题：一是角选择空间滤波器会使光束发生偏转,难以实现即插即用；二是受体布拉格光栅光谱选择性的制约,角选择空间滤波器难以实现对大带宽(数十纳米)光束的滤波。针对上述问题,本论文提出一种可实现即插即用的宽带角选择滤波方案,能够对带宽高至数十纳米的光束实现高质量的空间滤波,为宽带激光的光束近场质量控制提供了一个新的思路。本论文取得的主要研究结果如下：(1)分析了体布拉格光栅的衍射特性。研究了体布拉格光栅的角响应带宽与光谱响应带宽的关系,二者共同影响体布拉格光栅的衍射效率；提出同时增大体布拉格光栅的厚度和周期,可以在保证角响应带宽不变时获得更大的光谱响应带宽；分析了基于体布拉格光栅的角选择滤波适用范围,并指出对于一定范围内的任意波长都存在一个入射角度使得体布拉格栅的衍射效率最大。(2)首次提出了一种基于体布拉格光栅的宽带角选择空间滤波技术。利用面光栅的色散能力与体布拉格光栅的角度选择能力,在保证角响应带宽的同时将光谱响应带宽提高至数十纳米；基于矢量分析给出了光栅组合的匹配条件。研究结果表明,在可见光至近红外波段,各个波长成分均可被光栅组合高效衍射,实现良好的宽带角选择空间滤波。(3)研究了宽带光束经宽带角选择空间滤波器的衍射特性。采用傅里叶方法与耦合波理论,分析了宽带角选择空间滤波器对有限口径宽带光束的空间滤波效果。模拟结果表明,宽带角选择空间滤波器能够将光束中的中高频调制滤除,且理论设计时只需要考虑体布拉格光栅的角响应带宽。分析了面-体光栅失配对宽带角选择空间滤波器的输出特性的影响。研究结果对于宽带角选择空间滤波器的实际应用具有重要参考价值。(4)开展了宽带角选择空间滤波器的原理验证实验研究。结果表明：光栅组合的输出光束光谱带宽可达到65 nm,当面-体光栅周期失配量较小时可以通过旋转体布拉格光栅补偿输出光束带宽；在空域和频域分析了宽带角选择空间滤波器的滤波能力,目标光束中1mm-1以上的特征空间频率被完全滤除,提高了目标光束近场分布特性。本论文所取得的成果为宽带角选择空间滤波技术奠定了基础,为拓展体布拉格光栅在高功率激光领域的应用提供了一定的参考。
参考文献：
[1]. 飞秒脉冲光束通过自由空间、色散介质和透镜的传输特性研究[D]. 刘志军. 四川大学. 2003
[2]. 超短脉冲光束的传输特性和光谱异常行为的研究[D]. 邹其徽. 四川大学. 2006
[3]. 随机扫描双光子显微镜中飞秒激光传输特性研究[D]. 李德荣. 华中科技大学. 2009
[4]. 宽带脉冲激光的传输和聚焦特性研究[D]. 游开明. 武汉理工大学. 2009
[5]. 飞秒脉冲激光通过透射型体Bragg光栅的传输特性研究[D]. 邱彪. 苏州大学. 2014
[6]. 宽带高功率激光系统总体与关键技术研究[D]. 张小民. 复旦大学. 2006
[7]. 超短脉冲光束在近轴光学系统中的传输特性研究[D]. 徐延冰. 四川大学. 2007
[8]. 飞秒激光时空同步聚焦特性及其微纳加工应用研究[D]. 刘洋. 北京理工大学. 2015
[9]. 基于体布拉格光栅的宽带角选择空间滤波研究[D]. 吴尚. 苏州大学. 2016
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