激光光學(xué)課件

§3.4實(shí)際激光光束質(zhì)量的評(píng)價(jià)一、實(shí)際應(yīng)用對(duì)激光光束質(zhì)量的要求在實(shí)際工作中，對(duì)激光光束質(zhì)量的主要要求有：1、遠(yuǎn)場(chǎng)功率（能量）的可聚焦度（focusability）2、瞄準(zhǔn)穩(wěn)定性（pointingstability）3、均勻性（uniformity）在對(duì)光強(qiáng)剖面均勻分布有要求的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)提出描述光強(qiáng)分布均勻性的物理參數(shù)。例如：不均勻度η（non-uniformity）（）填充因子f（fillfactor）（）

0<f<=1，f越大，光強(qiáng)分布越均勻，f=1，為完全均勻分布光束。

4、時(shí)間持續(xù)性（sustainability）時(shí)間持續(xù)性是指在激光工作時(shí)間△t內(nèi)需要控制的激光光束質(zhì)量參數(shù)的可持續(xù)性。設(shè)控制參數(shù)為F，則時(shí)間持續(xù)性可定義為（）S越大表示激光的時(shí)間持續(xù)性越好。

5、靈活性（flexibility）二、桶中功率

桶中功率

PIB

定義為在遠(yuǎn)場(chǎng)給定尺寸的“桶”中圍住的激光功率占總功率的百分比。在柱坐標(biāo)下可表示為：（）PIB越大，表征光束質(zhì)量越好。通常還用β參數(shù)來(lái)表征激光光束質(zhì)量，β定義為：（）β越大，則表征光束質(zhì)量越差?，F(xiàn)以平面波通過(guò)環(huán)狀光闌透鏡為例，說(shuō)明PIB

和β的物理意義。設(shè)z=0面上初始場(chǎng)分布為E0的平面波通過(guò)置于同一平面上，內(nèi)、外半徑分別為a0，a的環(huán)狀光闌透鏡，透鏡焦距為f，由柯林斯公式可求得場(chǎng)分布E(r,z)為：（）為方便起見(jiàn)，設(shè)E0=1，z=f，得到幾何焦面上的場(chǎng)分布（）對(duì)應(yīng)光強(qiáng)分布為：（）

對(duì)有球差的環(huán)狀光束，（）應(yīng)修改為：（）對(duì)環(huán)狀光束，理想光束可選?。孩佟霃綖閍的實(shí)心均勻球面波，對(duì)應(yīng)（）為β1；②、內(nèi)、外半徑分別為a0，a的空心均勻平面波，對(duì)應(yīng)（）為β2。這樣，由（）和（）可求出PIB

β1

β2。三、瞄準(zhǔn)穩(wěn)定性

光束的瞄準(zhǔn)穩(wěn)定性描述在時(shí)間平均意義上光束在空間瞄準(zhǔn)或聚焦的精度。瞄準(zhǔn)穩(wěn)定性可用失調(diào)疊加積分ηm來(lái)確定。在直角坐標(biāo)系下：（）式中，ηm=0、1時(shí)分別為完全失調(diào)和無(wú)失調(diào)情形。實(shí)際工作中，通常處理的是|δ|、|a|都較小的情況，此時(shí)有：（）光束的瞄準(zhǔn)穩(wěn)定性參數(shù)Ps定義為在測(cè)量時(shí)間T內(nèi)失調(diào)疊加積分的平均值（）（）同時(shí)表示了光束失調(diào)線位移、角位移對(duì)時(shí)間平均意義上瞄準(zhǔn)穩(wěn)定性的影響?？勺鳛槊闇?zhǔn)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)參數(shù)?！?.5激光束的描述：強(qiáng)度矩方法一、一階矩設(shè)在z平面處三維光束的光強(qiáng)為I(x,y,z)，光束x方向強(qiáng)度的一階矩決定光束x方向的重心位置。定義為：（）式中，（）類(lèi)似地，對(duì)<y(z)>有（）

若光束重心在原點(diǎn)，則<x(z)>、<y(z)>=0。光束在遠(yuǎn)場(chǎng)的重心位置由以下兩式確定：（）（）一階矩通過(guò)近軸

ABCD光學(xué)系統(tǒng)的傳輸遵從ABCD定律。(3.5.11)M為辛矩陣，它滿足條件

MJMT

=J（）亦可寫(xiě)為ADT–BCT=EABT=BATCDT=DCT(3.5.13)二、二階矩引入4X4方差矩陣（）式中以光束重心為參考，二階矩陣和混合矩<x(z)θx>等的定義式為（）(3.5.17)(3.5.18)且有，（）由上式可知，V

矩陣16個(gè)矩陣元中最多有10個(gè)獨(dú)立變數(shù)?？勺C明，V矩陣通過(guò)由式（）表征的近軸光學(xué)系統(tǒng)的傳輸滿足

V2=MV1MT（）將（）改寫(xiě)為(3.5.24)利用（）可將三維光束分為四大類(lèi)：1.無(wú)像散光束2.準(zhǔn)直簡(jiǎn)單像散光束3.旋轉(zhuǎn)勝簡(jiǎn)單肥像散脹光束這時(shí)冬有（）4.復(fù)雜艙像散慶光束復(fù)雜哈像散缸光束梨最多觸有10個(gè)獨(dú)守立變圍數(shù)，叮最少申有4個(gè)獨(dú)德立變煮數(shù)，碑有扭無(wú)曲存舞在。暫可證浴明，東在一澡般情任況下卻，光隊(duì)束有丟兩個(gè)跌傳輸味不變敢量，僅即（）（）k為波妥數(shù)，de械t表示觀行列改式值矩，Mef撫f2成為訴總光彈束傳績(jī)輸因觀子，a描述僅光束處的本汗征像岔散。對(duì)無(wú)自像散樓光束（）動(dòng)和（屯）簡(jiǎn)嘩化為（）（）對(duì)準(zhǔn)每直簡(jiǎn)凝單像遷散光廚束，有艇：（）（）三、嗎高階饒矩光束側(cè)強(qiáng)度挪的高皂階矩丹用維格商納分毀布函族數(shù)可以描簡(jiǎn)單顫地表眾示出昂來(lái)。鍋對(duì)二染維光政束(m+n)階強(qiáng)太度矩渴定義綁為（）式中（）為維件格納猶分布尋函數(shù)桶。(m待+侵n)階強(qiáng)玻度矩華通過(guò)哭近軸AB典CD光學(xué)蘿系統(tǒng)刊的傳街輸?shù)腁B丹CD定律秩為(3譜.5燭.3蜜7)§3撕.6累光束仍控制光束飯控制貫可解績(jī)釋為窄對(duì)激光添光束轟質(zhì)量示進(jìn)行差控制，使蓋之滿溝足應(yīng)茅用要棋求。仍由前家面的盆分析州知道雜，對(duì)港激光卡光束乒質(zhì)量雜尚無(wú)跳統(tǒng)一舍認(rèn)識(shí)嫁，描陜述光姨束質(zhì)電量的律參數(shù)臉也可舟能因紛為應(yīng)娛用目幅的而繡異，駐因此燒對(duì)光電束控館制的消理解視也不彈同一臘。實(shí)純施全冷程光點(diǎn)束控濕制要鑄求按邀應(yīng)用啞需求爬確定捆總系急統(tǒng)的穗光束乖控制眉參數(shù)章和指舒標(biāo)。笨將指刑標(biāo)進(jìn)芳行分身解，券對(duì)各蠟分系逝統(tǒng)分贊別實(shí)悟施光凝束控?cái)≈?。蘆這需塘要對(duì)漢各分垮系統(tǒng)妄分別涌采用放不同頃技術(shù)振措施立來(lái)實(shí)政現(xiàn)。唇并且滲還應(yīng)頭建立屯相應(yīng)肯的光烈束控喇制評(píng)控價(jià)體玻系和樸參數(shù)梢測(cè)試然系統(tǒng)釣。光束孟控制蘭技術(shù)軌包括善的范恰圍很