近紅外脈沖波前畸變的干涉檢測及研究.pdf

1、一#h里進1F絲ii:一一一一一一一一摘要激光核聚變研究需要保證高能激光束具有很好的光束空間特性，而激光系統(tǒng)波前畸變檢測則是激光束空間參數(shù)診斷中的一個主要環(huán)節(jié)。木文提出一種簡單、緊湊、具有較高測量精度和波面復原能力、適用于動、靜態(tài)波面檢測的徑向剪切干涉系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以從單幅干涉圖同時重構波面位相分布和波面振幅分布，非常適用于脈沖激光波面檢測。本文主要的研究工作有:在對徑向剪切波面的特征進行分析的基礎上，論述了波面迭代重構算法的數(shù)學模型及

2、實現(xiàn)分別推導了對單幅千涉圖的波面位相重構和波面振幅重構的計算方法，其中從干涉圖恢復波面振幅分布的方法具有一定的創(chuàng)新性。對波面位相重構流程中何時需要對波面消傾斜處理進行了研究，論證了波面迭代對與波面中的傾斜誤差無影響，消波面傾斜應在波面迭代之后的理論。對通常的空間頻譜二維投影確定頻譜邊界的方法進行改進，提出了利用頻譜的灰度變換圖和衰減零級譜確定頻譜邊界，并已在計算機上用軟件實現(xiàn)了該方法。對表征光束質量的波面畸變特征參數(shù)進行了詳細的論述，給

3、出了可行的處理模式，特別的針對高能瞬態(tài)激光系統(tǒng)中斯特列爾比的計算提出了一種更為科學的計算方式。論述了徑向剪切干涉系統(tǒng)的基本原理及其典型的系統(tǒng)結構，對于該系統(tǒng)實驗光路的調整提出了一種共路光路逼近的快速調整方法。建立了檢測動、靜態(tài)波面畸變的徑向剪切干涉系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以檢測近紅外波段口徑為。l00mm的圓瞳及l(fā)00mmxl00mm的方瞳激光束波面，測量精度優(yōu)于入1150開發(fā)了波面畸變檢測數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件可從徑向剪切干涉圖恢復波面位相分布和

4、振幅分布，進而計算波面的均方根值、PV值、均方根梯度、光學傳遞函數(shù)OTF、點擴散函數(shù)PSF以及光學系統(tǒng)的斯特列爾比SR，具有較好人機對話界面和較高計算效率。本項目的研究對國內脈沖波前光束特性的高分辨率診斷提供了一套完整的數(shù)學推理模型、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件及高精度的檢測裝置，其在國防軍工及國民經濟相關領域具有廣泛的應用前景。關鍵詞:波面檢測，徑向剪切干涉，位相重構，振幅重構浙江大學碩士論文第一章研究的目的與意義1.i激光核聚變核聚變1研究是當

5、今世界科技界為解決人類未來能源問題而開展的主攻課題之一。核聚變研究除了可開發(fā)永久性的清潔能源外，對軍事和國民經濟的發(fā)展也有重要作用。核聚變研究推動了大功率激光、大功率微波、強流束技術以及低溫超導技術的發(fā)展，這些技術都是重要的國防軍事技術‘利用核聚變提供能量必須要有足夠高的溫度使核聚變燃料等離子體化，關于核聚變的“點火”問題，激光技術的發(fā)展，使可控核聚變的“點火”難題有了解決的可能。美國、歐洲都在以核聚變點火為目標進行超大型激光器的開發(fā)制

6、造，其中規(guī)模最大的是美國的NIF(NationalIgnitionFacility)計Jj1121。目前，用于該計III的LLNL的Beamlet裝置正在建設中，此裝置的輸出能量為1.8MJ，最大輸出功率為500TW，由192束激光構成，總經費達18億美元該裝置已于1999年完成了原型裝置的建立。2000年，我國大型高功率激光聚變實驗裝置一孑申光一11(31研制成功，它是世界上為數(shù)不多，迄今國內規(guī)模最大、輸出功率最高的激光器系統(tǒng)。在此基

7、礎上，我國又開始了規(guī)模更大、輸出功率更高的激光聚變實驗裝置—神光一III的研究4561。神光一III裝置的目標是:不包括診斷所需要的光束和背景光源及其它特殊需要的光源激光束數(shù)到靶60束，三倍頻激光到靶能量不低于60KJo神光一III的原型裝置系統(tǒng)結構與美國LLNL的Beamlet裝置類似，如圖11所示，它由前端、預放級、主放大級、診斷靶場、光束控制與診斷、計算機集中控制等六大系統(tǒng)組成。前端一預防級就是光脈沖產生系統(tǒng)(OPG)，其任務就是

8、為系統(tǒng)提供具有復合頻率的、時間和空間整形的、具有合適能量和光學特性的脈沖激光。而主放大級承擔將預放級傳送來的激光束的能量放大到千焦以上(在納秒時間內)。診斷靶場主要用于考核和診斷激光光束在焦面的遠場特性是否滿足物理實驗的要求，它由倍頻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、靶瞄準定位系統(tǒng)、靶場光路直準直及靶診斷系統(tǒng)。計算機集中控制系統(tǒng)主要用來完成單元及裝置總體的實時控制與同步工作，完成激光參數(shù)與系統(tǒng)工作參數(shù)的采集、處理、傳輸和管理，完成裝置與實驗室環(huán)境的監(jiān)測。