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第1章 概论1

1.1光束质量决定了激光制造应用技术的发展2

1.2光束质量标志了激光制造系统技术的水平4

参考文献6

第2章 光束质量评价7

2.1激光场的描述7

2.1.1光束束宽7

2.1.2光束直径8

2.1.3光束半径8

2.1.4束腰直径9

2.1.5束腰半径9

2.1.6束散角和束散半角9

2.1.7光束模式10

2.1.8Rayleigh长度13

2.2评价激光光束质量的参数13

2.2.1光束聚焦特征参数值Kf14

2.2.2M2因子15

2.2.3光束远场发散角16

2.2.4亮度16

2.2.5等效光束质量因子Me216

2.2.6光束衍射极限倍数因子16

2.2.7Strehl比17

2.2.8BQ值17

2.2.9模式纯度17

2.2.10空间相干性或相干度17

2.3用Kf值评价激光光束质量19

2.3.1用M2因子评价激光光束质量19

2.3.2用Kf值评价激光光束质量20

2.4影响激光光束质量的因素21

2.4.1增益介质对光束质量的影响22

2.4.2谐振腔对光束质量的影响22

2.4.3光束控制系统对光束质量的影响22

参考文献22

第3章 激光光束质量的测量24

3.1激光光束质量的测量方法24

3.1.1激光束模式鉴别方法25

3.1.2激光辐射束散角测量方法25

3.1.3激光辐射光束直径测量方法26

3.2大功率激光光束光斑质量诊断仪29

3.2.1工作原理30

3.2.2数学模型31

3.2.3探针的设计和加工36

3.2.4机械部件39

3.2.5测量系统39

3.2.6软件开发42

3.2.7数据处理和基本光束参数计算44

3.2.8能量密度分布的图形显示45

3.3系统性能参数与测量精度49

3.3.1测量窗口49

3.3.2采样点数66

3.3.3小孔孔径68

3.4测量系统的应用71

3.4.1激光器的检测71

3.4.2光学传输系统的检测73

3.4.3光束整形系统的检测74

3.4.4几种典型工业用大功率激光器的测量75

3.5光束参数的计算80

参考文献81

第4章 制造用激光器的光束质量83

4.1制造用激光器的主要光学参数83

4.1.1波长83

4.1.2能量（功率）86

4.1.3偏振特性90

4.1.4时间特性92

4.1.5空间特性95

4.2制造用激光器的发展97

4.2.1工业用CO2激光器98

4.2.2工业用固体激光器102

4.2.3大功率半导体激光器106

参考文献108

第5章 光束质量与大功率激光聚焦质量的关系110

5.1大功率CO2激光聚焦理论的研究111

5.1.1Gauss光束通过薄透镜的聚焦理论111

5.1.2基于附加相移的混合模激光束聚焦理论113

5.1.3最小光强起伏的激光加工光学系统的设计116

5.2大功率YAG激光束聚焦理论的研究119

5.2.1大功率激光束的成像变换120

5.2.2单透镜聚焦121

5.2.3望远镜聚焦系统125

5.3光束质量与大功率激光束的聚焦质量126

5.3.1光束质量对光束聚焦影响的理论分析126

5.3.2光束质量对焦斑大小的影响131

5.3.3光束质量对焦斑位置的影响132

5.3.4光束质量对焦深的影响132

参考文献134

第6章 光束质量与大功率激光的传输质量的关系135

6.1大功率CO2激光的传输理论136

6.1.1大功率激光束的分类136

6.1.2基于附加相移的混合模激光束的传输特性138

6.1.3奇数模对光束横截面强度分布的影响140

6.2光束质量与大功率CO2激光传输的关系141

6.2.1CO2激光传输过程中的焦点漂移141

6.2.2改善焦点漂移现象的光学自适应系统147

6.2.3光束质量对飞行光学导光系统设计的影响148

6.3空气热透镜效应对大功率CO2激光传输与聚焦的影响152

6.3.1压缩空气对光束传输的影响153

6.3.2热透镜效应对光束的扩束作用154

6.3.3空气热透镜效应对束腰位置和大小的影响155

6.3.4空气热透镜效应对激光束光束质量的影响155

6.3.5空气热透镜效应对聚焦焦点的位置和大小的影响155

6.4大范围激光加工飞行光学导光系统的理论与设计157

6.4.1多模激光光束变换原理157

6.4.2飞行光学系统中光束变换系统的设计159

6.5大功率YAG激光的传输理论160

6.5.1光纤传输的优势160

6.5.2光纤的构成、分类及损耗162

6.5.3光纤耦合技术166

6.5.4光束质量与耦合光纤芯径的关系175

参考文献178

第7章 光束质量对激光加工过程的影响180

7.1光束质量对激光切割过程的影响180

7.1.1激光切割的基本原理180

7.1.2光束质量对激光切割的影响182

7.2光束质量对激光焊接过程的影响183

7.2.1激光深熔焊接机理184

7.2.2激光深熔焊接的数学模拟186

7.2.3激光深熔焊接物理数学模型192

7.2.4光束质量对激光深熔焊接的影响204

7.2.5数学模型计算误差的分析216

参考文献223

第8章 激光加工过程及加工质量监测225

8.1引言225

8.1.1监测对象和方法226

8.1.2技术网络图227

8.2激光与材料作用过程的监测228

8.2.1高速摄影法监测体系228

8.2.2采样信号对光致等离子体监测232

8.2.3对工件物理参数和加工质量指标实时监测238

8.3跟踪监测239

8.3.1激光焊接焊缝跟踪系统240

8.3.2激光切割高度调节系统243

参考文献246