論文開(kāi)題：激光光束整形光學(xué)系統(tǒng)像差分析與評(píng)價(jià)

激光光束整形光學(xué)系統(tǒng)像差分析與評(píng)價(jià)

學(xué)院：機(jī)電學(xué)院

專(zhuān)業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器

激光光束整形光學(xué)系統(tǒng)像差分析與評(píng)價(jià)
1：選題依據(jù)
1.1選題目的與研究意義
在激光技術(shù)的許多應(yīng)用領(lǐng)域中, 光束質(zhì)量至關(guān)重要。激光材料加工, 光學(xué)信息處理、存儲(chǔ)和記錄,激光的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用等領(lǐng)域, 都對(duì)光束質(zhì)量有較高的要求。在很多應(yīng)用中, 希望激光束是均勻分布。因此, 對(duì)激光光束進(jìn)行整形變得尤為重要, 由此產(chǎn)生了多種激光光束整形技術(shù)。近年來(lái), 激光光束整形技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。
迄今已經(jīng)發(fā)展了多種激光束空間整形技術(shù), 有些技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到固體激光器和氣體激光器的光束整形中, 輸出光束質(zhì)量較以前有很大提高。其中, 激光擴(kuò)束鏡元件以其強(qiáng)大的功能在光束空間整形上將有著廣泛的應(yīng)用前景。如何得到能量利用率高、均勻化程度好的光束將是空間整形技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。目前, 激光束空間整形的研究繼續(xù)向縱深發(fā)展, 隨
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況下,激光器發(fā)射多模激光束,其強(qiáng)度分布復(fù)雜 , 甚至隨時(shí)間變化。Dickey 等人提出的微透鏡陣列整形系統(tǒng)很好的解決了多模激光束的整形問(wèn)題。他們依靠光束的分割和子束的疊加達(dá)到整形目的,消除了入射激光光強(qiáng)分布不均勻的影響。但該方法也存在一些缺陷,比如子束的疊加會(huì)在靶面產(chǎn)生干涉斑紋,影響整形質(zhì)量。
衍射光學(xué)元件diffractive optical elements DOE 具有許多傳統(tǒng)光學(xué)元件不具備的特點(diǎn)。例如它薄而輕,有利于促進(jìn) 系統(tǒng)的小型化、陣列化和集成化。自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)得 到了廣泛關(guān)注。衍射光學(xué)元件具有較高的衍射效率(僅對(duì)純 相位元件而言) ,能夠?qū)崿F(xiàn)任意的波面變換 ,在光束整形方面 有著廣泛的研究前景。
以上幾種整形方法都是針對(duì)特定的光束參數(shù)設(shè)計(jì)的。通常情況下,我們希望系統(tǒng)具有更好的通用性 ,即系統(tǒng)的透過(guò)率能夠根據(jù)光束參數(shù)的變化而調(diào)整。美國(guó)勞倫茲•利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出了雙折射透鏡組整形系統(tǒng)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。他們的系統(tǒng)可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)雙折射透鏡主軸方向來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的透過(guò)率。一種更為靈活的光束整形器件是液晶空間光調(diào)制器 ,它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的透過(guò)率 ,也被稱(chēng)為可編程的光電型衍射光學(xué)元件。
還有一種比較特殊的光束變換器件是圓錐鏡（ a*icon)。它能將入射平面波整形為錐面波 ,可以無(wú)衍射 ( nondiffractive) 的傳播很遠(yuǎn)的距離。這里所說(shuō)的無(wú)衍射是指中心光斑尺寸不隨傳播距離的增加而擴(kuò)大。這種無(wú)衍射光束在工程技術(shù)中有重要應(yīng)用。而且圓錐鏡與其它元件結(jié)合,還可實(shí)現(xiàn)多種整形方面的要求。
2：設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方案
2.1設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
（1）基于軸棱錐構(gòu)建激光光束整形變換系統(tǒng) （2）對(duì)整形光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行像差分析，并優(yōu)化。
2.2擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題
（1）利用zema*光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) （2）在zema*中分析系統(tǒng)像差，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化 2.3主要研究方法與路線(xiàn)
A•用軸棱錐搭建光學(xué)系統(tǒng)
軸棱錐是一種特殊的光束轉(zhuǎn)化器件，它能將入射平面波整形為錐面波 ,可以無(wú)衍射 ( non2 diffractive) 的傳播很遠(yuǎn)的距離。這里所說(shuō)的無(wú)衍射是指中心光斑尺寸不隨傳播距離的增加而擴(kuò)大。
依據(jù)階變折射率軸棱錐產(chǎn)生局域空心光束的方案來(lái)設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)，搭建一個(gè)可以得到在空間均勻分布的整形光束，在對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行像差分析，調(diào)整光學(xué)元件參數(shù)，最終得到理想的光束。
B．用ZEMA*仿真軟件進(jìn)行整形后的激光光束性能分析、評(píng)價(jià)。
3：設(shè)計(jì)的特色與創(chuàng)新點(diǎn)
軸棱錐能將入射平面波整形為錐面波 ,可以無(wú)衍射 ( non2 diffractive) 的傳播很遠(yuǎn)的距離。無(wú)衍射是指中心光斑尺寸不隨傳播距離的增加而擴(kuò)大。這種無(wú)衍射光束在工程技術(shù)中有重要應(yīng)用。而且圓錐鏡與其它元件結(jié)合,還可實(shí)現(xiàn)多種整形種整形方面的要求。

5：預(yù)期成果及形式
通過(guò)自行設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，使入射的激光光束可以呈均勻分布，并對(duì)系統(tǒng)像差進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。用仿真軟件實(shí)現(xiàn)，無(wú)硬件。
6：進(jìn)度安排
1～2周 查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)ZEMA*軟件；
3～4周 翻譯英文材料；
5～6周 理解任務(wù)要求，學(xué)習(xí)像差理論知識(shí)，并繼續(xù)查閱相關(guān)資料
7～8周 完成主 ……（未完，全文共2798字，當(dāng)前僅顯示1779字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開(kāi)題：激光光束整形光學(xué)系統(tǒng)像差分析與評(píng)價(jià)》）