收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高功率激光的传输变换与光束控制研究

罗曦  
【摘要】:激光作为20世纪人类最伟大的科技发明之一,经过50年的发展,已与多学科相结合,并极大地推动了相关基础及应用学科研究的发展。特别是20世纪80年代中期以来,高功率激光技术的飞速发展带来了遍及科学研究、工业制造与材料加工、通讯、国防及医疗等各个领域的广泛应用。自激光发明以来,对激光传输变换及光束控制的研究一直是激光科学技术中一个十分活跃的研究领域! 本论文结合高功率激光的科学研究及实际应用需求,分别从“功率通量光束传输因子Mpc2基本特性”、“光学非稳腔输出环形光束中央暗斑重构”、“高功率激光加工用宽带光束优化与控制”以及“高功率连续CO2激光束高重频脉冲调制”等四个方面,围绕高功率激光的传输变换与光束控制技术开展了深入的理论与实验研究。概括全文的研究成果及贡献,有如下几个方面: (1)对功率通量光束传输因子Mpc2的基本特性进行了探索性研究。首先从理论上证明了光学共焦腔中的“自再现”光束具有最小的Mpc2值。通过对非相干叠加高斯光束Mpc2因子的理论研究,发现该类光束的Mpc2值可以小于1,并强烈依赖于所定义的功率通量值。其次,重点针对86.5%功率通量法定义下Mpc2因子的特性展开了探索性研究:证明了轴向偏移相干叠加高斯光束的Mpc2值必定大于1。采用径向对称型高斯—拉盖尔模相干叠加的方法,构造出了一类具有Mpc21特性的模型光束,并首次从理论上严格证明了近轴近似条件下86.5%功率通量Mpc2因子值可以小于1!通过分析菲涅尔数对实际半共焦腔基模输出光束特性及其Mpc2因子的影响,发现了有限口径半共焦腔基模输出光束的Mpc2值不可能小于1;并从标量衍射理论出发,证明了内含λ/2相位台阶激光谐振腔与具有相同腔型结构及尺寸的实际半共焦腔完全等价,进而说明了在现有的标量衍射理论前提下,没有证据表明腔内λ/2相位台阶可以改善谐振腔的输出光束质量。最后从理论与实际应用两方面探讨了Mpc2因子与光束质量的关系。 (2)对光学非稳腔输出环形光束中央暗斑重构方法进行了理论研究。首先,系统性地讨论了高功率气体激光技术研究常用腔型—正支虚共焦非稳腔的本征模式行为及其输出模式特性。在此基础上,研究了一种基于内圆锥面环形刮刀镜及外圆锥面反射镜的环形光束整形方案,并对该方案的实现原理和光路设计进行了分析。最后以工业用高功率CO2激光器的常规虚共焦非稳腔为例,对其输出模式经环形光束整形系统变换后的传输特性及其光束质量进行了讨论。理论计算结果表明,整形后圆形实心光束的光束质量有了显著改善,其86.5%功率通量光束参量积(即光束束腰与远场发散角的乘积)已接近衍射极限! (3)对高功率激光加工用宽带光束优化与控制方法进行了理论与实验研究。设计了一种适合高功率激光加工应用场合的新型宽带光斑成型抛物面镜,实现了由原始圆形光束到光强分布均匀窄条形宽带光束的有效变换,改善了激光热处理硬化层分布的均匀性。探索性地从理论与实验上研究了一种基于新型扇形类抛物面镜的高功率激光加工用激光光束展宽方法,利用该方法能够在更大尺度范围内(可达500mm)对高功率激光束进行高功率密度条件下的有效、连续可控展宽。 (4)对基于旋转式多棱镜的高功率连续CO2激光束高重频脉冲调制方法进行了相关的理论与实验研究。首先从广义ABCD定律出发,对多棱镜扫描分光脉冲调制系统的实际聚焦特性进行了系统性理论研究。结果发现,通过引入一定的精确离焦量,可以实现单脉冲作用时间内聚焦光斑与待加工材料间运动速度的同步,进而在材料表面实现圆形微孔加工。在上述理论研究的基础上,本课题组开展了利用多棱镜扫描分光实现多头CO2激光轧辊表面毛化的实验研究,在其表面获得了具有良好一致性的圆形毛化点。最后我们开展了基于多棱镜扫描分光原理的水松纸激光打孔实验研究,并在高速运动水松纸的表面获得了具有均匀直径的圆形透气微孔,进一步论证了上述理论研究结果的正确性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郑鑫;江天;程湘爱;;激光辐照对光导型探测器性能的影响[J];光电技术应用;2011年04期
2 ;[J];;年期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 庞毓;王卫民;张雷;高剑蓉;;高功率激光多程放大器技术[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
2 高文武;方平;;较高功率激光对肝组织损伤的研究[A];中华医学会第六次全国超声医学学术年会论文汇编[C];2001年
3 王泰春;付汉清;;带有增益介质的三维虚共焦非稳腔的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(1999)[C];1999年
4 钟敏霖;刘文今;;国内外高功率激光材料加工研究的最新发展[A];北京光电子学青年学术论坛论文集[C];2003年
5 杜燕贻;束小建;刘兴荣;王元璋;李守先;;折叠虚共焦非稳腔对近场光束质量的改善[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
6 付汉清;王泰春;;虚共焦非稳腔腔镜倾斜对激光传输的影响[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
7 李晋闽;;高功率全固态激光器研究及应用[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年
8 王泰春;付汉清;杜祥琬;;一种改进型圆形球面虚共焦非稳腔数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
9 王泰春;付汉清;;COIL实验的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
10 马平;胡建平;唐明;邱服民;王震;于杰;;高功率激光薄膜及相关检测技术[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗曦;高功率激光的传输变换与光束控制研究[D];华中科技大学;2011年
2 王友文;强激光非线性热像效应研究[D];湖南大学;2008年
3 隋展;高功率激光系统中的光束全息控制[D];复旦大学;2006年
4 郑建洲;高功率激光靶面均匀辐照技术的研究[D];大连理工大学;2011年
5 游开明;宽带脉冲激光的传输和聚焦特性研究[D];武汉理工大学;2009年
6 郑光威;高功率激光非聚焦型空间低通滤波技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 刘红;激光显示消散斑技术与三片式LCOS激光投影系统的研究与实现[D];华东师范大学;2012年
8 魏小红;高功率激光非线性过程中的光束质量与传递特征[D];复旦大学;2009年
9 陈明;脉冲激光束烧蚀KTiOAsO_4、KTiOPO_4和SiC材料产生等离子体特性研究[D];山东大学;2010年
10 陈上碧;多层介质膜脉宽压缩光栅的清洗及阈值研究[D];中国科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张长水;大气湍流和热晕对远场光束质量的影响[D];江西师范大学;2009年
2 王建明;高功率光子晶体光纤激光器及相干合成技术[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2009年
3 唐卓;船用厚板高功率激光焊接工艺适应性研究[D];上海交通大学;2008年
4 冯峰;膜状污染物对激光致熔石英元件损伤影响的研究[D];电子科技大学;2012年
5 庄凯;船用E级钢高功率激光焊接接头组织与韧性的研究[D];上海交通大学;2010年
6 沈可余;激光偏转扫描系统动态聚焦模块的研究[D];复旦大学;2011年
7 陈飞;大功率Nd:YAG激光振镜扫描系统的研究[D];华中科技大学;2011年
8 唐菱;基于电校准的大口径强激光能量测量技术的研究[D];中国工程物理研究院;2010年
9 姜振华;ICF靶场激光指向精密控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 谭祺瑞;半导体激光泵浦源用传能光纤的关键技术研究[D];北京工业大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王粼;MO是什么[N];江苏经济报;2000年
2 沈阳生产力促进中心;探索激光技术加工新“大陆”[N];科技日报;2003年
3 记者 戴丽昕;神光Ⅱ拓展研究领域[N];上海科技报;2009年
4 本报记者 许琦敏;沈良:“嫦娥一号”上有他的绝活[N];文汇报;2010年
5 本报记者 吴德强;制造闪电 击落飞机[N];北京科技报;2004年
6 ;前途无量的激光高科技[N];科技日报;2001年
7 中国工程物理研究院 王传珂;激光惯性约束聚变点火[N];光明日报;2010年
8 张学全;上海4名科技人员荣获自然科学牡丹奖[N];大众科技报;2003年
9 记者 涂亚卓 通讯员 靳伦平;商讨筹建创新战略联盟[N];湖北日报;2010年
10 组稿 王毅俊;激光 让生活更美好[N];上海科技报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978