激光扩束器
光源发出的激光一般是一束准直的细圆柱光束，直径为1～2mm，而实际要求激光束有一定的宽度.下面讨论两种常用扩束方法.
1) 棱镜扩束法
由于棱镜材料的折射，使出射光方向与入射光方向不同，其入射角与棱镜顶角的变化可以引起光束宽度的改变.棱镜扩束示意图如图1a .每个棱镜的扩束比为
D/d=M=cos［arcsin（sinφ/μ
p
）］/cosφ′
式中D为出射光的宽度；d为入射光的宽度；M为扩束比；φ为入射角；φ′
为折射角；μ
p 是棱镜的折射率.玻璃棱镜的μ
p
=1.54.根据现有的数据，d=2mm，
D=47mm,则总的扩束比为
M
n
=D/d=23.5
图1 棱镜扩束系统
若想用3个棱镜完成扩束比，则每个棱镜的扩束比应为
M=M1/3
n
=2.8
由M=cos［arcsin(sinφ/μ
p
)］/cosφ′=2.8 ，可近似算得φ=81°.
由折射定律μ
p
=sinφ/sinφ′,可得φ′=53°.
在选择棱镜的顶角时，应使得出射光束尽可能垂直于出射面，以使这个出射面反射最小.由几何学可知，应取棱镜顶角ψ＝φ′＝53°.实际的棱镜扩束光路如图1b.和下面的透镜扩束相比，具有体积小，无象差等优点，并同时使入射光方向转了近90°，用在系统光路中即扩展了光束，也使光线方向发生改变，起到了扩束镜和反射镜的双重作用.总尺寸为10cm×10cm.
2) 透镜扩束法
设透镜的焦距为F，物距和象距分别为S
01和S
02
，它们之间的关系为
当S
01=F时，S
02
=∞,说明透镜焦点上的一个点光源经过透镜后为一平行光；
当S
02=F时，S
01
=∞,表明当入射光为一平行光时，经过透镜后，聚焦在透镜的焦
点上，如图2所示.
图2 透镜聚光原理
利用这一特点，采用两个焦距不同的透镜，可以构成如图3所示的扩束和准
直系统.F
1、F
2
分别为两个透镜的焦距，由几何光学原理很容易得出束宽放大比
率为
M=F
2/F
1
设激光束直径为d，光束宽度为D，那么
M=D/d=F
2/F
1
图3 扩束系统
和棱镜相比，透镜存在相差的影响，其中最主要的是球差.球差是由于非傍轴光线通过透镜时屈折得过分利害引起的，从而引起聚焦不好，如图4a.但是如果把一块透镜想象成两块棱镜在底部连接而成，那么明显的是：当入射光线同镜面和出射光线同镜面大致成同样大小的角度时，入射光线的偏转将最小，在图4b中，只要把透镜翻转过来，就使球差显著减小，当入射光是平行光时，对一
个简单的凸透镜来说，若其后表面几乎为平面但不完全是平面时，将会有最小的球差.由于光路是可逆的，用两个透镜进行扩束时，应使两个透镜较平的一面相
对，来减小相差.
图4 一个平凸透镜的球差
目录 第一章、激光基础 第二章、激光器 第三章、光纤的特性 第四章、光纤激光器 第五章、实验室激光器型号及操作安全
第一章激光基础 1.1什么是激光？ 激光在我国最初被称为“莱赛”，即英语“Laser”的译音，而“Laser”是“Light amplification by stimulated emission of radiation”的缩写。意为“辐射的受激发射光放大”，大约在1964年，根据钱学森院士的建议，改名为“激光”。激光是通过人工方式，用光或者放电等强能量激发特定的物质而产生的光。 激光的四大特性：高亮度、高单色性、高方向性、高相干性。具有高亮度的激光束经过透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其能够加工几乎所有材料。由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。 1.2激光产生的基本理论 1.2.1原子能级和辐射跃迁 按照玻尔的氢原子理论，绕原子核高速旋转的电子具有一系列不连续的轨道，这些轨道称为能级,如图1-1。 图1-1 原子能级图
当电子在不同的能级时，原子系统的能量是不相同的，能量最低的能级称为基态。当电子由于外界的作用从较低的能级跃迁到较高的能级时，原子的能量增 图1-2 电子跃迁图 加，从外界吸收能量。反之，电子从较高能级跃迁到较低能级时，向外界发出能量。在这个过程中，若原子吸收或发出的能量是光能（辐射能），则称此过程为辐射跃迁。发出或吸收的光的频率满足普朗克公式（hv=E2-E1）。 1.2.2受激吸收、自发辐射、和受激辐射 受激吸收：处于低能级上的原子，吸收外来能量后跃迁到高能级，则称之为受激吸收。 自发辐射：由于物质有趋于最低能量的本能，处于高能级上的原子总是要自发跃迁到低能级上去，如果跃迁中发出光子，则这个过程称为自发辐射。
光学软件设计 实验报告： 基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计 姓名： 学号：2011146211
一、实验目的 学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。 二、实验要求 1、掌握使用多重结构配置。 2、进一步学习构建优化函数。 三、实验内容 设计一个激光扩束器，使用的波长为1.053um，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。要求只使用两片镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm，只许使用1片非球面，系统必须在波长为0.6328um时测试。 1、打开ZEMAX软件，关闭默认的上一个设计结果，然后新建一个空白透镜。 2、在IMA面（像平面）前使用insert插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值。 3、点击Gen设置入瞳直径为100，点击Wav设置波长为 1.053微米。
4、在主菜单Editors里构建一个优化函数，将第一行操作数类型改为REAY，surf输入5，Py输入1，taiget输入10，weight输入1。 5、在评价函数编辑窗中选工具—默认优化函数。选reset，将“开始在”的值设置为2，
确定。 6、点击Opt进行优化，优化后生产OPD图。
7、将第一面的conic设置为变量（control+z）。再次进行优化，重新生产OPD图并观察。 8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。 9、点击Wav重新配置光波长，将之前的1.053改为0.6328，确定后再次更新OPD图并分析。
10、将第二面的厚度250mm设为可变，然后再次点击Opt优化，重新生成OPD图。此时去掉第二面的可变状态。 11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置，双击第一行第一列，从下拉框中选wave，在同样的对话框里为wavelength选择1，确定。在config1下输入 1.053，在config2下输入0.6328。
发明名称： 基于组合透镜组的光线扩束与整形系统设计 摘要 本发明涉及一种用于光束整形的光学系统，所述的光学系统包含抛物面镜，凸面镜，凹面镜，柱面镜，且系统具有光轴。利用抛物面良好的无相差特性，将光源置于抛物面的焦点上，将产生平行的入射光线，因为球面镜本身不可避免的存在球差，凸面镜产生负的球差，凹面镜产生正的球差，采用凸凹面镜胶合的方法可以消除在某个方向上消除球差，使得光束的聚焦效果更好；柱面镜仅在一个方向具有汇聚作用，类似于，用于对光束在一个方向进行压缩或扩展，采用一组正交的柱面透镜，用于实现光束不同方向的挤压。由于柱面镜不具有空间的的轴对称特性，将柱面镜旋转 角度，得到光斑也将旋转一定的角度，从而满足不同方向的光斑需求。基于各种透镜的基本作用，本文得到正方形，横矩形，竖矩形，圆形，动态倾斜，以满足不同的生产需求。
权利要求书 1.一种用于光束扩束整形的光学系统，所述光学系统包含光源，透镜组，接收器，系统 整体具有光轴，其特征在于，所述的透镜组包含： 阵列反射形抛物面，其阵列几何中心关于光轴对称，用以将点光源变为平行光束，模拟激光的准直特性。 球面凸镜和凹镜组成的胶合透镜组合，凸面镜有负的球差，凹面镜会有正的球差，利用凹面镜可以进行补偿，抵消球差，使得光束的聚焦效果更好。 柱透镜采用一组正交的空间位置组合，通过日常生活，很容易看出，柱透镜在沿母线方向没有放大率，在垂直于母线的方向，由于厚度的变化，对光线有汇聚作用，用于对光束尺寸进行以维压缩或者放大。 2.根据权利要求1所述的阵列抛物面，其特征在于，基于数学模型的创建，得到过焦点的点光源平行出射这一重要结论，用于将点光源转化为一束平行光线，且根据阵列的形状，第一次将光源从一个点调节为阵列形状。 3.根据权利要求1所述的球面凹凸镜组成的胶合子镜组，其特征在于，可以在消除轴向球差的优势下将平行光束汇聚到一点，因为球面镜的轴对称特性，可以实现以及光斑的尺寸缩放（长宽缩放比例相同），只需要将接收器置于不同的位置，根据相似原理，尺寸动态变化，用于聚焦。 4.根据权利要求1所述的柱面镜，其特征在于，是一种短焦距镜头，沿着一个方向光束尺寸不变，沿着另一个与之垂直方向，表现为光束的压缩（凸柱面镜），导致光束最终呈现形式为压缩或放大（长宽非等比例） 5.根据权利要求1所述的胶合镜组与柱面镜，其特征在于，柱面镜位于胶合透镜组后，几何距离上等于胶合组合镜与柱面镜焦距之和，但是柱面镜为短焦镜头，远小于胶合镜组焦距，可以忽略不计。 6.根据权利要求1所述的柱透镜，其特征在于，通过绕着Z轴旋转角度α，光斑也旋转α，通过柱透镜的旋转，用于实现光倾斜角度的动态变化。
激光扩束望远镜设计 一、 项目研究背景 在激光发射系统中，为了增大激光平行度作用距离，要求减小光束的发散角.这样才更大的范围内激光都可以保持较好的线性度。因此，在发射系统中常采用扩束望远镜来扩展激光光束，达到系统的准直性要求。而与一般的发射系统相比，强脉冲激光发射系统对光学系统的整体性能提出了更高的要求，不仅要求光学系统的准直性好，而且要求整个光学系统具有高抗光损阔值、高反射率、热变形小等特点.此外，在实际应用中还要求目标距离处的光斑尺寸具有可调节性，因此该种激光发射系统在理论设计与实际工程监理方面都面临着极大的考验。 二、 项目研究内容 1、望远镜系统激光扩束原理 激光扩束器的设计中常采用倒置的望远镜系统，高斯光束通过望远镜系统的变换矩阵为 11221M l f f f M f ττ???+ ? ? ???-+ ??? 式中12,f f 分别表示两镜的焦距，两镜间距 12l f f =++?，其中?表示失调量，2 1f M f τ=-为放大镜的放大率。 设入射光束束腰为0w ，焦参数为 20w f πλ=，物距为s ，经望远镜系统后变为束腰为'0w ，像距为' s 的高斯光束。 其中对于调焦系统有： 2' 12()s M f f M s ττ=-+- '00 w M w τ= 远场发散角0θ与束腰0w 间有反比关系，即 02011M τθθ=，远场发散角被压缩M τ倍，且与物距和像距均无关。当1s f =时，'2s f =，即像方激光束腰位于第二透镜2 L 的后
焦面上；当12s f f >>+时，'2s M s τ≈-，该望远镜系统的扩束比'00w M M w τ==。 2、几种激光扩束望远镜的性能分析 2.1折射式扩柬组远镜系统 使用透镜作物镜的望远系统称为折射式望远镜，根据不同的目镜类型可分为伽利略望远镜系统和开普勒望远镜系统。 伽利略望远镜系统具有结构简单、筒长短、等优点，但是其局限性在于不能容纳空间滤波或进行大倍率的扩束，因此其应用领域受到了比较大的限制。而开普勒望远镜系统可以配合空间滤波片使用，使非对称光束分布变为对称分布，并可使激光能量分布得更加均匀，但是建造成本相比于伽利略望远镜也有所提升。 2.2反射式扩束望远镜系统 反射式望远镜系统是指用凹面反射镜作物镜的望远镜系统，与折射式望远镜系统相比具有大口径、无色差、传输效率高等优点，已得到广泛的应用.在激光扩束器设计和制造中应用较广的有无焦格里格利系统和无焦卡塞格林系统 反射式望远镜系统在光学性能方面的最大缺点是存在较为严重的像差，因此在实际使用中必须应用非球面的不同组合，实现不同的消像差能力，激光扩束望远镜中最常用的是抛物面。 3、设计指标 强脉冲激光发射系统的工作波长为10.6m λμ=，入射光束口径050D mm ≤， 要求出射光束口径200D mm =，在距离激光器100m 范围内，激光光束的口径250D mm ≤，在100m 的目标距离处光斑大小具有一定的可调节性。
20W MOPA光纤激光器应用介绍 应用工程师：无锡创永激光刘工 微信：1039258953 2016年7月18日
20W MOPA参数表 长脉宽单脉冲能量高，热效应明显，窄脉宽单脉冲能量低，热效应弱；高频率，平均功率高，热效应明显，低频率（10KHz），平均功率低，热效应弱；低扫描速度，低填充密度，激光能量集中，热效应明显，高扫描速度，中等填充密度（0.02mm），激光能量分散，热效应弱。 （4ns400KHz），降功率频率到最大频率，功率趋于稳定。
固定脉宽，100%功率，频率由小增大，峰值功率增大，直至降功率频率 （4ns400KHz），降功率频率到最大频率，峰值功率呈反比例函数递减。 其他脉宽类似。 MOPA光纤激光器，脉宽可调，脉冲频率范围大，应用范围十分广泛，本文中介绍了20W MOPA光纤激光器部分常见应用，用于20W MOPA应用介绍和推广。其中不同材料参数设置有所差异，文中参数 可作为参考，如有不同之处，敬请谅解。
1.1 小米手机壳阳极氧化铝标刻黑色LOGO 1.2 小米充电宝阳极氧化铝标刻白色LOGO 1.3 阳极氧化铝上标刻0.8mmX0.8mm黑色二维码，显微镜下可扫描 2. 304不锈钢标刻 2.1 304不锈钢打彩色LOGO 2.2 304不锈钢名牌标刻黑色 2.3 304不锈钢深雕 3.部分高分子材料标刻 3.1 公牛插座、苹果手机数据线等某些白色高分子材料标刻深色3.2 PA66+、PE等某些黑色高分子材料标刻浅色 4. 电子器件标刻 4.1 电解电容标记黑色参数 4.2 PCB板标刻白色二维码和参数 4.3 电镀电子器件标刻 4.4 IC芯片等电子器件参数标刻 5. 漆剥除 5.1 汽车、电脑、手机等透光件漆剥除 5.2 亚克力瓶、橡胶按键表面漆剥除 5.3 电脑铝制外壳导通处漆剥除 6. 铜制器件标刻 6.1黄铜件标记白色尺寸参数 7. 微弧氧化铝合金标刻黑色名牌 8. 碳钢轴承标记黑色参数 9. 铝箔、锡箔、铜箔切割 10. 氧化锆陶瓷标刻黑色 11. 氧化钛银黑色参数标刻 12. 钛彩色标刻
激光扩束望远镜设计 一、项目研究背景在激光发射系统中，为了增大激光平行度作用距离，要求减小光束的发散角、这样才更大的范围内激光都可以保持较好的线性度。因此，在发射系统中常采用扩束望远镜来扩展激光光束，达到系统的准直性要求。而与一般的发射系统相比，强脉冲激光发射系统对光学系统的整体性能提出了更高的要求，不仅要求光学系统的准直性好，而且要求整个光学系统具有高抗光损阔值、高反射率、热变形小等特点、此外，在实际应用中还要求目标距离处的光斑尺寸具有可调节性，因此该种激光发射系统在理论设计与实际工程监理方面都面临着极大的考验。 二、项目研究内容 1、望远镜系统激光扩束原理激光扩束器的设计中常采用倒置的望远镜系统，高斯光束通过望远镜系统的变换矩阵为式中分别表示两镜的焦距，两镜间距，其中表示失调量，为放大镜的放大率。设入射光束束腰为，焦参数为，物距为s，经望远镜系统后变为束腰为，像距为的高斯光束。其中对于调焦系统有：远场发散角与束腰间有反比关系，即，远场发散角被压缩倍，且与物距和像距均无关。当时，，即像方激光束腰位于第二透镜的后焦面上；当时，，该望远镜系统的扩束比。 2、几种激光扩束望远镜的性能分析2、1折射式扩柬组远镜系统使用透镜作物镜的望远系统称为折射式望远镜，根据不同的
目镜类型可分为伽利略望远镜系统和开普勒望远镜系统。伽利略望远镜系统具有结构简单、筒长短、等优点，但是其局限性在于不能容纳空间滤波或进行大倍率的扩束，因此其应用领域受到了比较大的限制。而开普勒望远镜系统可以配合空间滤波片使用，使非对称光束分布变为对称分布，并可使激光能量分布得更加均匀，但是建造成本相比于伽利略望远镜也有所提升。2、2反射式扩束望远镜系统反射式望远镜系统是指用凹面反射镜作物镜的望远镜系统，与折射式望远镜系统相比具有大口径、无色差、传输效率高等优点，已得到广泛的应用、在激光扩束器设计和制造中应用较广的有无焦格里格利系统和无焦卡塞格林系统反射式望远镜系统在光学性能方面的最大缺点是存在较为严重的像差，因此在实际使用中必须应用非球面的不同组合，实现不同的消像差能力，激光扩束望远镜中最常用的是抛物面。 3、设计指标强脉冲激光发射系统的工作波长为，入射光束口径，要求出射光束口径，在距离激光器100m范围内，激光光束的口径，在100m的目标距离处光斑大小具有一定的可调节性。
题目：基于MATLAB的简易激光扩束系统设计
一、实习要求： 1、理解高斯光束q 参数； 2、能够熟练使用CCD 采集光强度图样并用MATLAB 分析信号； 3、学生可以讨论编写MATLAB 仿真程序； 4、能够使用MATLAB 软件分析光强图样； 二、实验仪器： 计算机、CCD 、偏振片、透镜、接收屏、氦氖激光器 三、实验原理： 1)普通球面波在自由空间的传输： 2)普通球面波通过透镜的变化规律： 3)描述高斯光束的方法 ①fz 参数：q(z)=z+if ②WR 参数: 1/q(z)=1/R(z)-i(λ/πw 2 (z)) R2=R1+L 1/R2=1/R1-1/F
q 参数： z f z z R f z f z w /2^)() /2^()(+=+= π λ （f=πw 0^2 /λ） 4)gaussian beam 的复参数q 表示: 复参数q 的定义为: 1/q(z)=1/R(z)-i(λ/πw 2(z)) 将波前的曲率半径R(z)和光斑半径w(z)代入上式： ] 2)^z /2^0w (1[)(2)^2 ^w0(10)(λππλ+=+=z z R z w z w z f z z R f z f z w /2^)()/2^(/)(+=+=πλ 5)高斯光束通过薄透镜的变换 : Q1 ?? ? ???D C B A q2 高斯光束经过透镜矩阵传输方程 D Cq B Aq q ++= 112 ]202 2020 0202 02202 02)(1[])( 1[)(])(1[])(1[])( 1[)(z z z z w z z R z z z z z w w z w z w +=+=+=+=+=λππλπλ 6)双凸透镜扩束法： 设透镜的焦距为F ，物距和象距分别为s01和s02，它们之间 的关系为: 1/s01+1/s02=1/F
第13课.带有衍射光学元件的激光扩束器 在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 to within10%.目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束 这是我们初始的输入文件： RLE!Beginning of lens input file.。 ID KINOFORM BEAM SHAPER WA1.6328!Single wavelength UNI MM!Lens is in millimeters OBG.351!Gaussian object;waist radius-.35mm;define full aperture=1/e**2point. 1TH22!Surface2is22mm from the waist. 2RD-2TH2GTB S!Guess some reasonable lens parameters;use glass type SF6from Schott catalog SF6 3TH20!Surface3is a kinoform on side2of the first element 3USS16!Defined as Unusual Surface Shape16(simple DOE) CWAV.6328!Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt HIN1.798855!Assume the zones are machined into the lens.You can also apply!a film of a different index. RNORM1 4TH2GTB S SF6 4USS16 CWAV.6328 HIN1.798855 RNORM1!The first side of the second element is also a DOE 5CV0TH50!Start with a flat surface 7!Surfaces6and7exist AFOCAL!because they are required for AFOCAL output. END!End of lens input file. 我们给第2个表面指定了一个合理RD值。这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统：
摘要：光纤激光器技术是光学领域最为重要的技术之一，作为第三代激光技术的代表，其稳定性好、效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、紧凑小巧和性价比高等优点，使得它在光纤传感、光纤通信、工业加工等领域都有着重要的应用。而掺镱双包层光纤激光器是国际上近年来发展的一种新型固体激光器。本文就介绍了这种高功率掺镱双包层光纤激光器，主要介绍了高功率掺镱双包层光纤激光器的概念、发展历史及发展现状、基本原理、优点、实现的关键技术、应用及其广阔的前景。同时总结出了未来光纤激光器的发展方向，并且可以预计光纤激光器最终将可能会替代掉全球大部分高功率CO2激光器和绝大部分Y AG激光器。 关键词：光纤激光器；掺镱双包层光纤激光器；光纤融合技术；激光加工。引言 光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，虽然光纤激光器得到了社会各方面的广泛重视，但是光纤激光器并不是新型光器件。1961年，美国光学公司的Snitzer和Koester等在一根芯径300um的掺Nd3+玻璃波导中进行试验观察到了激光现象，并与1963年和1964年发表了多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光纤放大器的思想。1975～1985年中有关这个领域的文章较少，不过在这期间许多发展光纤激光器的必须工艺技术已趋于成熟[1]。上个世纪80年代后期，美国Polaroid公司提出了包层抽运技术，之后双包层光纤激光器，特别是掺镱双包层光纤激光器发展非常迅速。1994年，PASK 等首先在掺Yb3+石英光纤中实现了包层抽运，得到了0.5W的最大激光输出。1998年，Lucent技术公司的KOSINKI和INNISS报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb3+双包层光纤激光器，得到了20W的激光输出。1999年，DOMINIC等用4个45W的半导体激光二极管阵列组成总功率为180W的抽运源，在1120nm 得到110W的激光输出。2002年，IPG公司公布了2000W的掺Yb3+双包层光纤激光器。目前，该公司已经推出了输出功率为17kW的掺Yb3+双包层光纤激光器，虽然因为采用的是多组激光合束的方式，致使激光器的光束质量下降很大，但仍然在对功率要求高、光束质量要求不是很高的场合有非常好的应用前景。但如何提高功率，同时又保证光束质量，是当前研究要解决的难题之一。 在国内，关于掺Yb3+双包层光纤激光器的研究起步较晚。从上个世纪年80
激光扩束器选择指南 消色差系列伽利略式激光扩束镜 高功率系列伽利略式激光扩束镜 低功率系列伽利略式激光扩束镜 可变倍率系列伽利略式激光扩束镜 紫外波段伽利略式激光扩束镜 大光束大倍率开普勒式激光扩束镜
消色差系列伽利略式激光扩束镜 该设计使用一片平-凹单透镜来提供所需的发散度，以及经过优化设计的空气间隔透镜组来平衡像差和重准直光束。调节单透镜控制发散透镜的调节，分度为50微米。所有的设计均提供A （400-650纳米），B（650-1050 纳米）或C（1050-1620纳米）宽带增透膜。 ● 降低光束发散度 ● 提供衍射极限性能,引入的波前误差小于λ/4 ● 光洁度:20-10 ● 增透膜: R avg < 0.5% ● 抗损伤阈值:100W/cm 2 CW 2倍伽利略式扩束器 Item Input Beam Coating(nm) Thread Price(RMB ) BE02M-A ?8mm 350 - 650 1.035”-40 ￥2240 BE02M-B ?8mm 650 - 1050 1.035”-40 ￥2240 BE02M-C ?8mm 1050 - 1620 1.035”-40 ￥2240 典型波前畸变网格线图
3倍伽利略式扩束器 Item Input Beam Coating(nm) Thread Price(RMB) BE03M-A?8mm 350 - 650 1.035”-40 ￥2650 BE03M-B?8mm 650 - 1050 1.035”-40 ￥2650 BE03M-C?8mm 1050 - 1620 1.035”-40 ￥2650 5倍伽利略式扩束器 Item Input Beam Coating(nm) Thread Price(RMB) BE05M-A?4.5mm 350 - 650 1.035”-40 ￥2820 BE05M-B?4.5mm 650 - 1050 1.035”-40 ￥2820 BE05M-C?4.5mm 1050 - 1620 1.035”-40 ￥2820
激光扩束镜原理 衍射 通常我们以光束的发散参数作为完美的高斯激光束的特征。发散是指光波在其空间传播过程中以一定角度展开。甚至完美的没有任何异常的光线也会由于衍射效应经历某些光束的发散。衍射是指光线在被不透明的物体，比如刀锋切断的时候产生的弯曲效应。展开（spreading）产生于在切断的边缘发出的次级波面阵。这些次级波和主波会发生干涉，同时相互也会产生干涉，在某些时候就会形成复杂的衍射图案。 衍射使得完美的校准光束成为不可能，或者不能够将光束聚焦到无限小的点。幸运的是衍射的效果是能够被计算的。因此存在着可以预知对于任何衍射极限的透镜光束被准直的程度和光斑大小的理论。 我们现在考虑一束这样由低功率TEM00气体激光器产生的光束，光腰为S0。这样我们就能够假定它能够达到衍射极限同时能够不用考虑任何热透镜效应。它将会显现出由于衍射引起的光腰的弯曲，或者说展开效应： S(x)=S0[1+(λx/πS0²)²]½ 在这里x是指离开光源的距离，λ是指激光波长，如果λx/πS0²»1，那么： S(x)≈λx/πS0² 利用这个近似值，我们可以写出光束由于衍射发散的角度： θ= S(x)/x=λ/πS0 θ我们都知道指的是远场发散角。 改善发散角 光束的远场发散定义了一个给定光束直径最好的准直效果。它也说明了光束的零发散角或者说最好的准直是不可能达到的，因为要做到这些需要有无穷大的光束直径。但是这个等式也表明了改善发散的可能性。 考虑一个已经准直的光束，发散角为θ光腰为S0，我们可以看到如果光束直径能够增大，远场发散角将会减小。这就是扩大光束的优点所在。另外，小的发散能够使高斯光束聚焦得更好。为了实现这些改善，在这里我们将描述几种对准直光束扩束的方法。 伽利略扩束镜 最通用的扩束镜类型起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜。输入镜将一个虚焦距光束传送给输出镜。一般的低倍数的扩束镜都
光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于：光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的掺光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。
一、激光扩束镜设计 一、设计要求： 设计一个激光扩束镜，扩束倍数为三倍，入射孔径为3mm，斜入射角1°，同时要求几何尺寸合适。 二、设计思路： １．确定第一面透镜 由于激光能量较高，所以光线追迹时，尽量使光束不在镜筒中汇聚，如果采用两面透镜来完成设计，就要保证第一面透镜为凹凸镜，先将光线发散，第二面为凸透镜再将光线汇聚，平行光出射。 ２.确定第二面透镜： 在第一面透镜后放置凸透镜才能满足对无限远处对焦的要求。３．几何参数的确定： 由于要求几何尺寸合适，不妨将总尺寸设为160mm，由应用光学知识可以计算，则第一面透镜的焦距应该取-80mm，第二面透镜焦距取为240mm，筒长为160mm（也就是两透镜的几何距离）。 4.做到了平行光出射，并扩束三倍的要求后，下一步需要做的便是减少像差，这个里面可以调整的有透镜的材质，在几何尺寸允许的条件下还可以再对相对距离等参数做出微调，以求能调出像差较小的设计。同时为增加可调自由度，还可以考虑再增加一面或者两面透镜，来达到消像差的目的。 三、设计过程 （1）第一面透镜 在设计第一面透镜时，先大致利用应用光学知识进行计算，估算透镜两个面的曲率半径，这里，大约可以取R1=-50mm，R2=200，材质使用BK7玻璃。这时，可以先看看这一面透镜的相关参数，探究下像差与单面透镜的一些参数的关系，这里，发现，当透镜的曲率半径取得越大时，透镜显示的球差和慧差越大，所以，在实验和实际工程中，建议使用曲率合适的透镜。 同样，根据设计思路，这时需要解决的另一个问题便是确定第一面透镜的焦距，这里可以使用SYNOPSYS软件中的edit solves 功能来确定其焦距，最后，经过调试，选择的是R1=-55，R2=150，选用BK7玻璃。（2）第二面透镜 下一步便是确定第二面透镜的相关参数，根据设计思路中的计算，可以知道两面透镜之间的距离，所以需要确定的是透镜在像差比较小的情况下，能使光纤平行出射的焦距，也就是设计思路里面所确定的240mm。 这时，如何能确定出合适的参数便是需要解决的问题，这里所选用的方法还是利用SYNOPSYS
光学设计 Optical design 题目名称：准直扩束系统的设计学校：长春理工大学 学院：光电工程学院 专业：光电信息工程 学号： 姓名：魏松岩 目录 第一章绪论 (1) 引言 (1) 激光束及其准直扩束的原理 (1) 折射型扩束器基本结构 (4) 开普勒扩束镜 伽利略扩束镜 第二章光学设计软件ZEMAX概述 (5) 第三章激光准直扩束系统设计 (9) 准直扩束系统的参数确定 (9) 确定激光扩束系统的初始结构 (9) ZEMAX的优化 (11)
第一章绪论 引言 激光扩束系统是激光干涉仪、激光测距仪、激光雷达等诸多仪器设备的重要组成部分，其光学系统多采用通过倒置的望远系统，来实现对激光的扩束，其主要作用是压缩激光束的空间发散角，使扩束后的激光束口径满足其他系统的要求。 激光器发出的光束直径很细小，通常只有零点几到几毫米，激光束的这些特性在某些方面是很有用的。然而在一些应用领域中需要的确是宽光束，如激光全息、光信息处理、激光照明、激光测距等。例如在激光干涉仪的应用中，它要照射比激光束口径大得多的被测物体，然后通过光束的干涉来实现测量。又如在激光的全息应用中，它要照射比激光束口径大得多的全息记录介质，以实现信息的记录和重现。因此需要使用激光扩束系统来实现激光束的准直扩束。 激光束及其准直扩束的原理 激光束的性质是由激光共振腔的几何形状和尺寸决定的,激光束具有特殊的结构,光束呈双曲线形，光束的截面上最小处称束腰(见图,其半径为 其中，b为共振腔的共振参数。共振腔的共焦参数b可由下式求得: 其中，R为共振腔球面镜的曲率半径，d为共振腔二镜面之间的距离。 最通用的扩束镜起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入负透镜和一个输出正透镜。输入镜将一个虚焦点光束传送给输出镜，两个透镜是虚共焦结构。一般小于20倍的扩束镜都用该原理制造，因为它简单、体积小、价格也低。尽可能的该扩束镜设计成小的球面相差、低的波前变形和消色差。它的局限性在于不能容纳空间滤波或者进行大倍率的扩束。
收稿日期：２００５－０８－３０；修订日期：２００５－１１－２５ 作者简介：楼祺洪（１９４２－），男，浙江慈溪人，研究员，学士，主要从事光学、激光技术及其应用研究。 第３５卷第２期 红外与激光工程 ２００６年４月Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２ ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｒ．２００６ ０引言 自１９８８年Ｓｎｉｔｚｅｒ等人提出双包层光纤以来，基于这种包层泵浦技术的光纤激光器和放大器获得了快速发展。特别是近年来，随着高功率半导体激光器泵浦技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率水平快速提升，单根光纤的输出已经从最 初的几百毫瓦上升到了千瓦级水平［１］，并在高精度激光加工、激光医疗、光通信及国防等领域获得了广泛应用。 双包层光纤是由掺杂纤芯、内包层、外包层、保护层４部分组成，和常规光纤相比，多了一个可以传输泵浦光的内包层。纤芯由掺稀土元素的ＳｉＯ２构成，它作为产生激光的波导，一般情况下是单模的；内包层 高功率光纤激光器研究进展 楼祺洪，周军，朱健强，王之江 （中国科学院上海光学精密机械研究所，上海２０１８００） 摘要：高功率掺镱双包层光纤激光器由于在效率、散热和光束质量方面的优势，在工业加工、医疗和国防等领域具有广泛的应用前景，是目前国际上激光技术研究的热点之一。首先综述了国际上高功率光纤激光器的研究进展情况，然后重点介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在连续光纤激光和脉冲光纤激光方面所取得的进展，采用双端泵浦技术，在１５ｍ的国产双包层光纤中获得４４０Ｗ的连续输出，采用ＭＯＰＡ方式，以４ｍ长的国产光纤作为放大介质，在１００ｋＨｚ时，获得了１３３Ｗ的平均功率输出。 关键词：激光技术；光纤激光器； 双包层掺镱光纤 中图分类号：ＴＮ２４８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－２２７６（２００６）０２－０１３５－０４ Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｈｉｇｈ!ｐｏｗｅｒｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ ＬＯＵＱｉ!ｈｏｎｇ，ＺＨＯＵＪｕｎ，ＺＨＵＪｉａｎ!ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｉ!ｊｉａｎｇ （ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｉｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ!ｐｏｗｅｒＹｂ!ｄｏｐｅｄｄｏｕｂｌｅ!ｃｌａｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓｈａｖｅｉｎｃｉｔｅｄｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｎｔｅｒｅｓｔａｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｃｏｍｐａｃｔｌａｓｅｒｓｗｉｔｈｇｏｏｄｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙｆｏｒａｖａｒｉｅｔｙｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｍｅｄｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣＷａｎｄｐｕｌｓｅｄｄｏｕｂｌｅ!ｃｌａｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓａｔＳＩＯＭａｒｅｒｅｐｏｒｔｅｄｕｐｏｎ．ＡＣＷ４４０Ｗｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｗｉｔｈｔｗｏｅｎｄｓｐｕｍｐｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇａ１５ｍｈｏｍｅ!ｍａｄｅｄｏｕｂｌｅ!ｃｌａｄＹｂ!ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒ．Ｆｏｒｐｕｌｓｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａ１３３Ｗａｖｅｒａｇｅ!ｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔａｔ１００ｋＨｚｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈ４ｍｄｏｕｂｌｅ!ｃｌａｄｆｉｂｅｒｂｙｕｓｉｎｇＭＯＰＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； Ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ； Ｙｂ!ｄｏｐｅｄｄｏｕｂｌｅ!ｃｌａｄｆｉｂｅｒ
光纤激光器的应用及发展 1 引言 光纤激光器是近些年来激光领域备受关注的热点。与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小重量轻，免维护等等。因此，它在许多领域取代了传统的固体激光器。 2光纤激光器的类型 按照光纤材料的种类，光纤激光器可分成一下几种类型： 一：晶体光纤激光器工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和 nd3+：YAG单晶光纤激光器等； 二：非线性光学型光纤激光器主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器； 三：稀土类掺杂光纤激光器光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器； 四：塑料光纤激光器向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 3光纤激光器的应用 光纤激光器十分适合在连续波或准连续波运转下放大到更高功率，来满足微电子方面的应用需求。在这些应用中，光束质量、精度以及稳定性至关重要。在许多应用中，控制、改变激光加工能量和功率输入，对加工过程起着决定性作用。 在标刻方面的应用：脉冲光纤激光器以其优良的光束质量，可靠性，最长的免维护时间，最高的整体电光转换效率，脉冲重复频率，最小的体积，无须水冷的最简单、最灵活的使用方式，最低的运行费用使其成为在高速、高精度激光标刻方面的唯一选择。 在材料处理的应用：光纤激光器的材料处理是基于材料吸收激光能量的部位被加热的热处理过程。1um左右波长的激光光能很容易被金属、塑料及陶瓷材料吸收。 在工业钻孔中的应用：激光器通过脉冲波形控制实现了很大的灵活性，能在钻孔应用中大显身手。更大的振幅意味着更大的峰值功率。波形WFO提供的更高的峰值功率和脉冲能量，能产生更大直径的孔。改变频率，峰值功率和脉冲能量随之改变,孔径也随之变化。因此微米级的不同孔径，能通过激光器的频率和脉冲特征加以改变。 在岩石及泥土材料处理中的应用：光纤激光在施工现场的应用方面明显优于任何其它种类的激光，包括在开矿、隧道开凿、切割和岩石及混凝土钻孔等方面。光纤激光能够通过很长的光纤将足够的能量传输到远程的目标。光纤激光超高的电光转换效率（30%），良好的光束质量，车载机动性及设备的稳定性和免维护性等特点使得它在此类应用领域里成为最佳的选择。 在材料弯曲的应用：光纤激光成型或折曲是一种用于改变金属板或硬陶瓷曲率的技术。集中加热和快速自冷切导致在激光加热区域的可塑性变形，永久性改变目标工件的曲率。研究发现用激光处理的微弯曲远比其他方式具有更高的精密度，同时，这在微电子制造是一个很理想的方法。 4光纤激光器的发展趋势 第一：光纤激光器本身性能的提高：如何提高输出功率和转换效率，优化光束质量，缩短增益光纤长度，提高系统稳定性并使其更加小巧紧凑是未来光纤激光器领域研究的重点。 第二：新型光纤激光器的研制：在时域方面，具有更小占空比的超短脉冲锁模光纤激光器一直是激光领域研究的热点，高功率飞秒量级脉冲光纤激光器一直是人们长期追求的目标。在频域方面，宽带输出并可调谐的光纤激光器将成为研究热点。
多重结构的激光扩束器 设计一个激光光束扩展器，使用的波长为λ=1.053μm，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。如果全长没有限制，这个设计是比较容易的，但是为了使之变得复杂一点，我们将加上几条限制条件： 1）只使用两片镜片。 2）设计必须是伽利略式的（没有内部焦点）。 3）在镜片之间的间隔必须不超过250mm。 4）只允许使用1片非球面。 5）系统必须在λ=0.6328μm时测试。 本实验不只是要矫正像差，而是在两个不同wave lengths的情况下都要做到符合设计要求。 条件2中什么是伽利略式呢？Galilean 就是光线从入射到离开 光学系统，在光学系统内部不能有焦点的现象，在本例中即beams 在两个镜片之间不能有focus。 本设计不是同时在2个wavelengths 下操作，所以在操作时我们可以变动某些共轭数。 现在开始设计，依据下图的LDE表键入各surface 的相关值。 注意 “Glass”列右边的好几列才是“Focal Length”列。表头“Focal Length”只在你将表面类型从“Standard”改变为“Paraxial”后才会显示。
不是所有的列都会清楚地显示出来。 其中surface 5 的surface type 从Standard 改为Paraxial，这时在镜片后面的focal length 项目才会出现。 注意到使用paraxial lens 的目的是把collimated light（平行光）给focus。
同时把surface 5 的thickness 及focal length 皆设为25。 entrance pupil 的diameter 定为100 wavelength 只选一个1.053 microns 即可，记住不要在设第二个wavelength。 调出merit function，在第1 列中把operand type 改为REAY 这
文章编号:0258-7025(2001)08-0714-03 多波长激光扩束系统的设计 李良钰 1,3 李常春2 李银柱1 戴亚平1 刘 诚1 程笑天1 朱健强1 王仕 3 (1 中国科学院上海光机所高功率激光物理国家实验室 上海201800;2 重庆通信学院 重庆400035;3电子科技大学应用物理系 成都610054) 提要 在ICF 高功率激光驱动器中,用双胶合透镜代替扩束望远系统中的较大透镜,或用两反射镜做成反射式扩束系统,两种情形都能对多种波长进行扩束,达到了设计要求。关键词 激光扩束,双胶合透镜,像差,非球面 中图分类号 TL 632+.1;TH 743 文献标识码 A Design of Laser Expanding Systems for Multi -wave Length LI Liang -yu 1,3 LI Chang -chun 2 LI Yin -zhu 1 DAI Ya -ping 1 LIU Cheng 1 CHENG Xiao -tian 1 ZHU Jian -qiang 1 WANG Shi -fan 3 (1 State Key Lab of High Lase r Physics ,Shanghai Institute of Optics and Fine Mec hanics ,The Chinese A cademy of Sc ienc es ,Shanghai 2018002 Institute of Chongqing Commniuc ation ,Chongqing 400035 3 Department of A pplied Physics ,Unive rsity of Ele ctronic Science and Technology of China ,Chengdu 610054) A bstract In the ICF high power laser drivers ,a cemented doublet lens laser expanding system and reflectional expanding s y stem for multi -wave length are given . Key words expand ing of laser ,cemented doublet ,aberration ,asphere 收稿日期:2000-12-05;收到修改稿日期:2001-04-05 1 引 言 激光光学系统有时需要有较宽的光束,故应对激光束进行扩束。一般的激光扩束系统结构如图1所示,图中(a )为开普勒望远系统,在扩束系统的中间焦点处加一小孔光阑,以限制聚焦光点的大小,这种结构外型尺寸较长,在激光扩束中用得不多;(b )为伽利略望远系统,由于其外型尺寸小,作为扩束系统更具有其优越性而被经常采用。当采用伽利略望远系统时,图1(b )左边是一小孔径负透镜,右边是一大孔径正透镜,为了校正轴上像差,正透镜的一面采用非球面。这种典型的目镜和物镜都是单片透镜的扩束系统,只能对某一波长的激光扩束。由于色差的存在,要对另一波长的激光进行扩束,必须针对该波长另设计扩束系统,这样很不方便,也不经济。 图1扩束望远系统 (a )开普勒望远系统;(b )伽利略望远系统 Fig .1Expanding telescope (a )Keplerian telescope ;(b )Galileo tel esc ope 第28卷 第8期2001年8月 中 国 激 光 CHINESE JOURNAL OF LASERS Vol .A28,No .8 August ,2001