激光光學(xué)課件

§3.4實際激光光束質(zhì)量的評價一、實際應(yīng)用對激光光束質(zhì)量的要求在實際工作中，對激光光束質(zhì)量的主要要求有：1、遠場功率（能量）的可聚焦度（focusability）2、瞄準穩(wěn)定性（pointingstability）3、均勻性（uniformity）在對光強剖面均勻分布有要求的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)提出描述光強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，光強分布越均勻，f=1，為完全均勻分布光束。

4、時間持續(xù)性（sustainability）時間持續(xù)性是指在激光工作時間△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，則時間持續(xù)性可定義為（）S越大表示激光的時間持續(xù)性越好。

5、靈活性（flexibility）二、桶中功率

桶中功率

PIB

定義為在遠場給定尺寸的“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)以平面波通過環(huán)狀光闌透鏡為例，說明PIB

和β的物理意義。設(shè)z=0面上初始場分布為E0的平面波通過置于同一平面上，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分布E(r,z)為：（）為方便起見，設(shè)E0=1，z=f，得到幾何焦面上的場分布（）對應(yīng)光強分布為：（）

對有球差的環(huán)狀光束，（）應(yīng)修改為：（）對環(huán)狀光束，理想光束可選取：①、半徑為a的實心均勻球面波，對應(yīng)（）為β1；②、內(nèi)、外半徑分別為a0，a的空心均勻平面波，對應(yīng)（）為β2。這樣，由（）和（）可求出PIB

β1

β2。三、瞄準穩(wěn)定性

光束的瞄準穩(wěn)定性描述在時間平均意義上光束在空間瞄準或聚焦的精度。瞄準穩(wěn)定性可用失調(diào)疊加積分ηm來確定。在直角坐標系下：（）式中，ηm=0、1時分別為完全失調(diào)和無失調(diào)情形。實際工作中，通常處理的是|δ|、|a|都較小的情況，此時有：（）光束的瞄準穩(wěn)定性參數(shù)Ps定義為在測量時間T內(nèi)失調(diào)疊加積分的平均值（）（）同時表示了光束失調(diào)線位移、角位移對時間平均意義上瞄準穩(wěn)定性的影響?？勺鳛槊闇史€(wěn)定性的評價參數(shù)?！?.5激光束的描述：強度矩方法一、一階矩設(shè)在z平面處三維光束的光強為I(x,y,z)，光束x方向強度的一階矩決定光束x方向的重心位置。定義為：（）式中，（）類似地，對<y(z)>有（）

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

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個矩陣元中最多有10個獨立變數(shù)?？勺C明，V矩陣通過由式（）表征的近軸光學(xué)系統(tǒng)的傳輸滿足

V2=MV1MT（）將（）改寫為(3.5.24)利用（）可將三維光束分為四大類：1.無像散光束2.準直簡單像散光束3.旋轉(zhuǎn)勝簡單肥像散脹光束這時冬有（）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個獨守立變圍數(shù)，叮最少申有4個獨德立變煮數(shù)，碑有扭無曲存舞在。暫可證浴明，東在一澡般情任況下卻，光隊束有丟兩個跌傳輸味不變敢量，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輸因觀子，a描述僅光束處的本汗征像岔散。對無自像散樓光束（）動和（屯）簡嘩化為（）（）對準每直簡凝單像遷散光廚束，有艇：（）（）三、嗎高階饒矩光束側(cè)強度挪的高皂階矩丹用維格商納分毀布函族數(shù)可以描簡單顫地表眾示出昂來。鍋對二染維光政束(m+n)階強太度矩渴定義綁為（）式中（）為維件格納猶分布尋函數(shù)桶。(m待+侵n)階強玻度矩華通過哭近軸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釋為窄對激光添光束轟質(zhì)量示進行差控制，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，對港激光卡光束乒質(zhì)量雜尚無跳統(tǒng)一舍認識嫁，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，駐因此燒對光電束控館制的消理解視也不彈同一臘。實純施全冷程光點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。笨將指刑標進芳行分身解，券對各蠟分系逝統(tǒng)分贊別實悟施光凝束控敗制。蘆這需塘要對漢各分垮系統(tǒng)妄分別涌采用放不同頃技術(shù)振措施立來實政現(xiàn)。唇并且滲還應(yīng)頭建立屯相應(yīng)肯的光烈束控喇制評控價體玻系和樸參數(shù)梢測試然系統(tǒng)釣。光束孟控制蘭技術(shù)軌包括善的范恰圍很