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高功率固体激光系统波前校正技术优化研究

作　者: 胡东霞
导　师: 张小民
学　校: 中国工程物理研究院北京研究生部
专　业: 核能科学与工程
关键词: 波前校正二次补偿高功率固体激光角锥棱镜阵列宽频带激光焦斑尺寸波前梯度相关系数
分类号: TN245
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 250次
引　用: 5次
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内容摘要

提高系统能量转换效率与输出光束质量一直是研制高功率固体激光系统极为关注的两类重要问题。多程放大系统因能够较大提高系统的输出能力，故得到较为广泛的应用；但由于多程放大级各类波前误差的相干叠加，使系统输出激光的波前发生比较严重的畸变，导致光束质量的下降。在高功率固体激光系统总体设计中，为了使光束质量满足高效率三倍频和小孔进腔打靶的要求，必须对激光的波前畸变进行校正。波前校正技术应用需根据系统波前误差的分布特性来设计，因此如何合理使用波前校正技术是总体设计必须解决的主要问题之一。本文主要就这一问题进行了以下几方面的系统研究： 1．比较全面地分析了系统内部波前误差与光束焦斑尺寸之间的关系，找到了波前梯度分布与焦斑能量分布之间的本质联系，提出了一个与焦斑尺寸关系最密切的波前误差参数，并采用数值模拟和统计的方法得到了焦斑尺寸限制条件所要求的波前误差限制条件； 2．进一步研究了多程放大系统中光学元件波前误差的叠加规律，并考虑到钕玻璃片加工工艺的相似性所导致的波前相关性，将相关系数耦合到波前误差叠加公式中，使修正后的公式能更准确地预估系统静态波前和分配光学元件加工精度要求； 3．完成了多程放大系统中波前误差的实验测量，初步掌握了类似构型高功率固体激光系统的波前误差分布特性，从而进一步明确了对波前校正系统校正能力的要求，为新一代高功率固体激光装置波前校正系统的优化设计提供了依据； 4．分析了变形镜的结构特点，初步给出了变形镜本身驱动单元数与校正量之间的制约关系；引入“二次补偿”波前校正方案，解决了变形镜校正量有限与高功率固体激光系统波前误差起伏量大的矛盾，建立了波前校正对象优化分配、静态校正器优化设计等细节过程所需要的方法，通过仿真模拟验证了“二次补偿”波前校正方案对于降低变形镜校正量要求和放宽光学元件加工精度的作用； 5．另外，作为一部分相对独立的内容，本文对宽频带激光传输条件下采用角锥棱镜阵列抑制低频波前畸变的设想进行了探索性的研究，通过仿真模拟验证了角锥棱镜阵列具有抑制低频波前畸变、提高激光焦斑能量集中度的显著作用，并初步验证了宽频带激光传输条件下近场振幅高频调制的匀滑效应。

全文目录

摘要  2-7
引言  7-13
  1 高功率固体激光系统波前误差源分析  7-9
  2 波前误差控制与校正现状  9-11
  3 本文的研究要点与工作思路  11-13
第一章焦斑尺寸与波前误差的关系  13-21
  1.1 影响焦斑能量分布的因素分析  13-14
  1.2 波前误差对焦斑尺寸的影响规律  14-19
    1.2.1 波前误差的主要描述方式  14-15
    1.2.2 波前梯度分布与焦斑能量分布的关系  15-18
    1.2.3 几类波前特征参数对焦斑尺寸的影响特性  18-19
  1.3 波前误差容限  19-21
第二章多程放大系统波前误差分布特性  21-33
  2.1 波前误差叠加规律研究  21-26
    2.1.1 波前误差的RSS叠加规则  21
    2.1.2 波前误差叠加方法的修正  21-22
    2.1.3 部分相干叠加方法的验证  22-24
    2.1.4 多程放大系统静态波前误差的初步估算  24-26
  2.2 多程放大系统波前测量实验  26-31
    2.2.1 实验大纲  26-27
    2.2.2 实验结果与数据分析  27-31
    2.2.3 实验结论  31
  2.3 对波前校正系统的性能要求  31-33
第三章自适应光学波前校正  33-42
  3.1 自适应光学系统概述  33-36
    3.1.1 基本原理  33-34
    3.1.2 系统结构  34
    3.1.3 关键部件  34-36
  3.2 变形镜的原理与结构特点  36-42
    3.2.1 变形镜的数学模型  36-37
    3.2.2 变形镜的关键结构参数  37-42
第四章波前校正系统优化研究  42-57
  4.1 “二次补偿”原理  42-44
    4.1.1 “二次补偿”思想产生的背景  42-43
    4.1.2 “二次补偿”的概念、原理和方法  43-44
    4.1.3 “二次补偿”波前校正的意义  44
  4.2 “二次补偿”校正对象的优化分配  44-49
    4.2.1 各类波前误差的适用校正方式分析  44-45
    4.2.2 校正对象划分的原则  45-46
    4.2.3 波前误差面形分解的方法  46-47
    4.2.4 多程放大系统波前误差的“二次补偿”分配  47-49
  4.3 静态波前校正器件的设计方法  49-52
    4.3.1 校正器件的最佳光路位置  49-51
    4.3.2 设计细节  51-52
  4.4 “二次补偿”设计的效果  52-57
    4.4.1 波前校正仿真实验  52-55
    4.4.2 结论  55-57
第五章宽带传输条件下角锥棱镜阵列抑制波前畸变研究  57-64
  5.1 角锥棱镜阵列抑制低频波前畸变的作用  57-62
    5.1.1 原理  57-59
    5.1.2 仿真模拟  59-61
    5.1.3 存在的问题  61-62
  5.2 宽频带激光传输条件下的调制匀滑  62-63
    5.2.1 基本原理  62
    5.2.2 宽带条件下角锥棱镜阵列的调制匀滑模拟研究  62-63
  5.3 结论、意义及下一步研究方向  63-64
论文总结  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-68
附录  68-74

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