西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术是一种非常重要的燃烧诊断技术, 该技术具有非常强的抗干扰能力和非常高的测量精度。 但空间分辨力不足会使CARS技术产生很强的空间平均效应, 引起成CARS光谱畸变, 进而造成CARS光谱分析困难, 无法通过CARS光谱反演燃烧场参数。 针对非稳腔空间增强探测CARS(USEDCARS)技术存在的空间分辨不足以及空间分辨力不易改变的特点, 分析了影响USEDCARS技术测量空间分辨力的各种因素, 采用一组轴棱锥对USEDCARS系统中的泵浦激光进行环状光束整形, 并通过调节轴棱锥之间的距离获得了不同直径的环状光束, 在此基础上, 建立了空间分辨可调USEDCARS诊断系统。 开展了空间分辨力分析实验, 获得了CARS信号强度随空间位置的分布数据, 以CARS信号总强度95%包含的空间区域代表CARS的纵向空间分辨力, 以此计算得到了CARS系统空间分辨力为1.7~6.5 mm连续可调。 其中, 高分辨力情况, 达到了现有BOXCARS技术的空间分辨力。 利用所建立的空间分辨可调USEDCARS诊断系统测量了酒精/空气预混火焰温度参数, 获得了不同空间分辨条件下的CARS光谱。 空间分辨力为1.7 mm时, 获得了高质量CARS光谱, 通过光谱拟合给出了所测火焰的温度信息。 分辨力分别为4.9和6.5 mm时获得了较强的CARS信号, 但存在光谱畸变。 结果显示, 空间分辨力对CARS信号的强度和空间平均效应有很大地影响, 提高测量的空间分辨力可以有效消除空间平均效应, 获得准确的CARS光谱, 增强光谱拟合精度, 同时空间分辨可调的特性使该系统能够更好地适应不同实验条件下的诊断工作。
相干反斯托克斯拉曼散射 空间分辨力 轴棱锥 环状光束 Coherent anti-Stokes Raman scattering Spatial resolution Axicon Annular beam
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621999
针对高功率大遮拦比窄环薄管激光的环域像差校正需求,提出一种基于新型环形边缘驱动变形镜的环域像差校正方法。利用环形边缘驱动变形镜构建自适应光学闭环控制系统,以实现对高功率大遮拦比窄环薄管激光波前的校正。使用新型的环形边缘驱动变形镜来验证所提方法对单一环域低阶像差的校正能力,并分析其对大遮拦比薄管激光的校正效果。实验结果表明,所提的环域像差校正方法能够有效校正大遮拦比窄环薄管激光的波前畸变,显著提高光束质量。
激光光学 自适应光学 环域像差 环形边缘驱动变形镜 大遮拦比环形光束
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 中国人民解放军 驻209所军事代表室, 成都 610041
3 华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量, 提高发射光学系统口径的利用率, 采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法, 通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上, 设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置, 针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验, 取得了与理论分析一致的数据。结果表明, 采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量, 光束束腰直径由45mm减小为32mm, 光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。
激光光学 环形光束 光束整形 轴锥镜 laser optics annular beam beam reshaping axicon
利用数值模拟方法，采用桶中功率为86.5%定义的环围功率束宽作为光束扩展的评价参数，研究了环状光束在大气湍流中沿斜程路径传输的光束扩展。研究结果表明，自由空间中遮拦比越大，远场光强旁瓣越明显。大气湍流造成光强旁瓣消失，且远场光强分布并不是高斯分布。光束扩展随着遮拦比和天顶角的增大而增大，大气湍流对光束扩展的影响也随天顶角的增大而增大。当遮拦比较大或较小时，湍流对光束扩展影响随遮拦比的增大而减小；当遮拦比中等大小时，湍流对光束扩展的影响几乎不随遮拦比而变化。与已有研究结果比较发现，按照桶中功率不同百分比定义的环状光束环围功率束宽受大气湍流影响规律是不同的，研究结果对实际应用具有意义。
大气光学 环围功率束宽 环状光束 光束扩展 斜程大气湍流 中国激光
2015, 42(11): 1113003
1 中国工程物理研究院 a.应用电子学研究所
2 b.高功率微波技术重点实验室，四川绵阳 621999
对比研究了真空管道中环形电子束与位于束团中心的实心束在管道壁上产生的场分布，证明束流位置探测(BPM)技术可用于电流密度均匀分布的环形电子束位置测量。采用点密度不均匀性模型，分析了环形电子束角向不均匀性对测量精确度的影响。结果显示，当环形电子束电流密度不均匀性为 10%时，对位置分辨率精确度的影响为 0.1 mm。初步开展了 BPM系统设计，并对纽扣电极半径和输出端口半径进行了优化设计。
束流位置探测 环形电子束 不均匀性 beam position monitor annular beam non -uniformity 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(4): 670
基于广义惠更斯-菲涅耳原理，推导出了部分相干环状光束在海洋湍流中传输时光束相干度的解析公式，详细研究了光束相干度以及相干度宽度随传输距离、海洋湍流参数和光束参数的变化。研究结果表明：部分相干环状光束在自由空间和弱海洋湍流中传输时其光束相干度会出现振荡现象，但随着海洋湍流增强最终趋于类高斯分布。在弱海洋湍流情况下，光束相干度宽度在某一传输距离处达到极大值，并且它与环状光束遮拦比和光束相干参数有关。但是，在强海洋湍流情况下，光束遮拦比和相干参数对光束相干度的影响不大。所得结果对工作于水下湍流环境中的部分相干环状光束的应用具有意义.
海洋光学 相干度 海洋湍流 部分相干环状光束 相干度宽度 光学学报
2015, 35(s1): s101002
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室,西安 710024
为满足高能激光环形光束在近场区和远场区的实际应用需求,从电磁波衍射积分方程出发,推导了环形光束光场分布和远场光强分布表达式,并对光场分布和光强分布进行了分析,得到光强分布与高斯光束的有限孔径大小、中心遮拦比和传输距离的关系.引入大气湍流场景,采用相位屏法对环形光束在不同湍流强度下的大气传输进行了数值模拟和分析,研究了受大气湍流影响远场光斑畸变、光斑破碎、光束扩展和漂移等的增强现象.最后开展了环形光束近场区大气传输数值模拟和实验,结果表明：随着传输距离的增加,光斑中心光强越来越强,光斑逐渐趋于均匀,平均光强呈类高斯分布,近场区环形光束扩散和光斑畸变现象受大气湍流影响而增强.
激光物理 高能激光 环形光束 相位屏 近场 远场 光场分布 光强分布 Laser physics High energy laser Annular beam Phase screen Near-field Far-field Light field distribution Light intensity distribution 光子学报
2014, 43(10): 1014003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于自适应光学设计了一款可诱导人眼自动调焦的眼底相机，包括视度调节系统、照明系统和自适应成像系统。在视度调节系统中，通过设置视标诱导人眼自动调焦，校正人眼初级像差，将人眼残余像差控制在自适应成像系统的校正范围内。在照明系统中，采用轴锥镜组产生环形光照明人眼，消除人眼角膜的强反射光，通过调节轴锥镜之间的距离使环形光束内径连续变化以适应不同的人眼。在自适应成像系统中，使用哈特曼夏克波前传感器作为波前探测器，使用变形镜作为波前校正器，校正人眼的高阶像差。仿真结果表明，眼底照明均匀度可达95%，自适应成像系统在截止频率76 lp/mm处，各视场调制传递函数(MTF)值均大于0.36。系统畸变小于1%，能够对在-6D～+8D(D表示屈光度数)之间的人眼眼底清晰成像。
光学设计 自适应光学 眼底相机 自动调焦 轴锥镜 环形光
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 泉州 362021
提出一种用环形光束产生局域空心光的新方法，即用环形光束垂直入射锥透镜底面，沿光轴方向就会产生局域空心光。用几何光学分析模拟了环形光束产生的局域空心光的过程和传输方向上不同位置的截面光强分布，推导了局域空心光暗域的横向和径向大小的计算式，分析了影响局域空心光暗域的大小的因素，并给出相关的实验结果，实验与理论基本吻合。与双锥透镜、锥透镜透镜产生局域空心光相比，这种方法结构简单，元件容易加工，具有重要的应用价值。
几何光学 环形光束 锥透镜 局域空心光 贝塞尔光束
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院,四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 机械制造与工艺技术研究所,四川 绵阳 621900
对有限引导磁场环形电子束的色散曲线作了理论推导,并利用该色散关系数值计算了正弦慢波结构的色散曲线。采用KARAT模拟程序对0.14 THz返波管进行了粒子模拟,并在RADAN303脉冲源上开展了初步的实验研究,实验获得频率大于0.14 THz、脉冲宽度1～2 ns和辐射功率大于100 kW的太赫兹波输出。
慢波结构 返波管 太赫兹波 环形电子束 slow wave structures backward wave oscillators terahertz wave annular beam
