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激光光束波前畸变的径向剪切干涉诊断及其控制新方法研究

波前畸变的检测和控制一直是ICF激光驱动器等其它高功率固体激光器关心的重要课题,它将直接对光束的质量和激光器的造价产生影响。本论文在激光光束波前畸变检测和控制上进行了新的探索,主要就空间相位调制环路径向剪切干涉仪以及它对波前畸变的检测和液晶空间光调制器及其对中频段波前畸变的控制进行了研究,其研究的内容和取得的成果如下:一、根据标量衍射理论,结合低频波前畸变的高斯随机位相分布模型,研究了不同均方根梯度低频畸变波前对激光光束焦斑聚焦性的影响,并采用描述中频段波前畸变的功率谱密度概念,模拟计算了它对激光焦斑旁瓣的贡献。二、为了实现激光光束在确定平面上的波前畸变的准确检测,采用中继成像技术建立了一套基于空间相位调制的环路径向剪切干涉波前传感硬件系统,实验证明,它可用于中低频段波前畸变的检测。三、为实现任意波前的环路径向剪切干涉条纹图的解释,提出了一种新的波前重建算法,并对其收敛性进行了分析,数值计算和实验结果都证明了该算法的正确性。此外  (本文共128页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

可用于瞬态激光波前畸变实时检测技术的研究

激光核聚变研究是人类解决未来能源危机及改善严重环境污染的一项重大举措。该研究需要光机电等多学科的技术支持以保证高能激光束具有很好的光束空间特性。而激光系统波前畸变检测则是激光束空间参数诊断中的一个主要环节,本论文主要研究可用于瞬态(单幅干涉图)波前实时检测的径向剪切干涉体系、剪切波前的复原及重构技术、测量数据及图像处理技术。该研究对我国激光聚变系统的相关研究具有极为重要的意义。主要研究工作有:论述了激光核聚变系统研究中波前畸变检测的重要意义。对国内外各种波前畸变的检测技术做了系统的分析,在此基础上提出利用线性载波可用于动、静态检测的空间位相调制的径向剪切干涉体系,并建立了初步的实验装置。提出了激光波前近场、远场测量的光路布局及处理流程的系统框图。作了几部分的理论推导:以检测的相对灵敏度为依据、根据激光束的输入的光束口径、波前畸变大小,导出了与环型干涉系统的望远镜放大率有关的径向剪切放大倍数的确定;根据高能激光束超高斯型的特殊振幅...  (本文共109页) 本文目录 | 阅读全文>>

复旦大学
复旦大学

高功率激光系统中的光束全息控制

用于惯性约束聚变(ICF)研究的高功率激光驱动器是复杂、大型的科学工程,其主要的科学技术问题可归纳为两大类:一是能量转换问题,涉及“能量流”的转移和传递规律,决定了系统的效率和规模,主要是“量”的问题;其二是激光束控制问题,涉及“信息流”——激光光场各参数在输运过程中的变化规律和控制技术,决定了系统的性能参数和指标,主要是“质”的问题。本论文着重于高功率激光系统的光束控制研究。以表征激光束特性的时间、振幅、光谱、位相等四个信息参量为对象,创新性地研究了脉沖时域整形技术、光强空间整形技术、光谱角色散技术和波前控制技术。首次提出并实现了啁啾脉冲堆积型的时间波形任意整形;液晶光阀可编程光强空间整形;特殊光栅光谱角色散焦斑束平滑和小尺度波前畸变的探测和补偿,从而对高功率激光系统的激光束实现了高精度、可编程、有效的“全息”控制。为提升新一代高功率激光系统的技术水平和性能指标提供了科学技术的支持。相关研究成果已撰写论文10余篇,授权专利1项...  (本文共211页) 本文目录 | 阅读全文>>

《中国激光》2017年06期
中国激光

波前畸变对大口径光束相干合成中光束指向探测的影响

3西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710054超强激光可以在实验室内创造出高功率密度、强电磁场等极端的物态条件,因而在等离子体物理[1]、天0605001-1体物理[2-3]、核物理[4-5]等前沿科学领域有着重要的应用价值。受抽运技术、非线性效应、元件损伤等因素的影响,单路激光器的输出通常是有限的,因而已经不能满足越来越高的应用需求。多光束的相干合成是一种提升系统输出能力的重要方法[6]。相干合成需要多路激光束聚焦于同一目标点,光束的指向应被严格控制,因此束间指向误差是影响多光束相干合成的关键因素之一[7-9]。为实现多路光束在靶点处的相干合成,需要在相干合成系统中搭建监测光路,以实时探测并控制激光束的束间误差;为获取高能量,激光装置中通常采用大口径光束。由于装置庞大、结构复杂,诸多因素(如光学元件的面型加工误差、放大器的热畸变、强激光的非线性效应等)都会导致光束的波前畸变,且光束的传输路径不同,因此经过合...  (本文共5页) 阅读全文>>

《激光杂志》2007年05期
激光杂志

光束波前畸变的模拟及其相位梯度分析

为了避免对元件造成损伤及高强度条件下非线性效应产生有害的影响,必须增大光束口径,因此大口径光学元件广泛用于以ICF激光驱动器为代表的强激光系统。由于大口径光学元件的加工工艺复杂,难度大,在制造过程中不可避免的会引入各种加工误差。元件表面残留的制造误差,在光束通过元件反射或透射后其波前将会被调制,从而产生波前畸变,由此产生的光束波前质量下降会对光束的能量传输以及聚焦过程产生极大的影响〔1〕。为了对光学元件导致的波前畸变进行补偿,首先要对元件加工误差引入的波前畸变情况进行分析。本文使用了一个随机相位屏来模拟激光波前通过光学元件后受到的调制,并对畸变波前的相位梯度进行了计算。1分析模型的建立1.1随机相位屏与波前相位梯度的引入根据美国利夫摩尔国家实验室(LLNL)已公布的研究结果〔2〕,光束的波前畸变可以在频率域中分为高中低频噪声。高频噪声衍射过于强烈,随着传输距离的增加衰减很快,只有中低频位相噪声具有适当的菲涅尔数,随着传输距离的增...  (本文共2页) 阅读全文>>

《强激光与粒子束》2003年11期
强激光与粒子束

用角锥棱镜阵列抑制低频波前畸变

在大型激光系统中,由光学元件加工误差、激光放大介质的热畸变、激光通道介质的湍流等因素引入的波前畸变将导致输出激光的焦斑能量集中度下降[1~2]。采用非线性位相共轭[3]和自适应光学技术[4]的方法,可实现实时或近实时的波前补偿,从而改善激光焦斑的能量集中度;但由于其系统复杂、技术难度高和费用昂贵的缺点,很难在实际的工程中大量运用。据文献报道,角锥棱镜阵列具有与“SBS”非线性位相共轭器件相类似的“准”位相共轭特性,能抑制光学系统的波前畸变,提高聚焦光斑的能量集中度[5]。本文对角锥棱镜阵列的“准”位相共轭特性的原理进行了分析,研究了其“准”位相共轭特性与严格的位相共轭之间的关系,并采用模拟计算的方法研究了其用于抑制低频波前畸变的可行性与优化问题,指出了角锥棱镜阵列的“准”位相共轭特性的有效应用范围。1 原 理1.1 角锥棱镜的结构  角锥棱镜是一种普通的无源光学器件,由三个互成直角的反射面构成,如图1所示。采用光线与坐标轴之间的...  (本文共4页) 阅读全文>>

《红外与激光工程》2013年01期
红外与激光工程

激光缩束系统波前畸变精度分析

0引言在国内外高功率大型激光器的运行中,如何运用特殊测量装置准确测量激光器的各项参数,并对激光器运行各阶段的特性进行分析处理,以保证高功率大型激光器能安全、稳定、高效地运行,是各国科学家一直奋斗的目标。目前,国外只有为数不多的几个国家进行过此项试验,但对于运用何种技术和装置对于激光参数进行测量,还没有相关文献报道。文中描述的激光参数测量系统主要针对我国大科学工程中应用研究的高功率大型激光器,其主要功能是在装置运行发射期间,完成各子束关键位置的激光参数包括能量参数、时间参数、功率参数、光束质量参数的测量[1-2]。参数测量装置中光束质量测量是系统研制的关键,其由衰减板、分光镜、激光缩束系统及哈特曼传感器组成。通过取样镜得到50 mm×50 mm的平行激光光束,光束经过衰减板和分光镜进入激光缩束系统后用哈特曼传感器测量光束波前畸变[3-10]。由于光束通过衰减板、分光镜、缩束系统都会带入像差,需将各部分像差进行标定,然后行校正。系统...  (本文共5页) 阅读全文>>