为了实现对激光束的准直变倍扩束, 提出了一种基于液晶空间光调制器(Liquid Crystal Spatial Light Modulator, LC-SLM)实现数字变焦透镜的方法, 并利用这种方法搭建了基于LC-SLM的变焦扩束系统。首先根据透镜相位变换原理和LC-SLM的相位调制特性由计算机编程生成不同焦距的数字透镜相位调制图, 实现不同焦距的数字透镜功能, 通过凸透镜对平行光束的汇聚作用, 验证该功能的有效性, 平均误差为095%。上述结果说明LC-SLM能够实现变焦透镜功能。接下来, 通过与汇聚透镜组合实现对激光束的连续变倍率准直扩束。该系统的扩束倍率为2×~5×, 均方根误差为0539 7 mm, 峰谷值为099 mm。实验结果表明, 本文提出的方法可以实现对激光束不同倍率的扩束且扩束比连续可变。该系统解决了传统变焦系统无法满足多变的激光扩束需求的问题, 且结构简单, 精度高, 在激光扩束应用方面具有广泛应用前景。

为研究闪电特性, 设计了用于闪电实验室场景模拟的大变倍比近红外无焦激光扩束光学系统, 用于模拟不同光斑尺寸的闪电单元。根据高斯光学几何法计算系统外形尺寸, 合理确定了各组份的口径及光焦度; 由ZEMAX软件包优化设计得到系统的光学结构参数, 并对系统整体性能进行了分析评价。该系统变倍比为13, 出射光束光斑均匀、无衍射环, 满足研究闪电信号特性的需求。激光扩束系统的中心工作波长为777.4 nm, 入射光束直径为1.0 mm, 入射激光光束在步进电机驱动下连续可调, 使得出射光束可从φ0.8 mm变化到φ10.6 mm。系统具有镜片少, 结构简单, 变焦轨迹平滑无卡滞等优点, 可用于模拟不同尺寸的闪电单元。