干涉仪系统传递函数测量及影响因素的分析

波前功率谱密度(PSD)被用于评价惯性约束聚变(ICF)激光驱动器光学元件中频段的波前误差。干涉仪对PSD较高空间频率分量的测量存在失真效应,可通过干涉仪系统传递函数(STF)的检测标定来获得真实的波前PSD分布。采用台阶板位相比较法测得大口径菲索相移干涉仪检测系统在透射和反射检测情形下的传递函数。对传递函数测试算法进行了比较分析,明确了干涉仪系统zoom倍率的改变等因素对传递函数测量的影响,为波前PSD的准确检测奠定了基础。     

波前功率谱密度函数评价方法探讨

 波前功率谱密度PSD（Power Spectral Density）能定量给出波前畸变的空间频率分布、限定波纹度和粗糙度指标，全面反映ICF驱动器对高功率激光光学元件加工质量的特殊要求。给出了波前功率谱密度PSD的定义及计算方法，并使用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器，对光学磷酸盐钕玻璃透射波前进行了测试实验，获得波前一维PSD分布，证实功率谱密度为高功率激光光学元件波前参数的一种有效表征方式。同时，还对PSD与均方根RMS之间的关系进行了初步的讨论。     

大口径干涉仪系统传递函数校准

 波前功率谱密度(PSD)被用于评价ICF激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。目前主要采用大口径相移干涉仪检测ICF光学元件的波前畸变,通过付立叶变换获得波前的PSD分布。相移干涉仪在较高空间频率分量的测量上存在失真效应,因此需对干涉仪的空间频率传递函数进行校准。本文采用位相比较法测量大口径相移干涉仪的系统传递函数。我们采用衍射光学元件的制造工艺,设计、制作了标准的透射和反射位相元件,比较理论计算值与实测PSD值,分别获得了大口径相移干涉仪透射、反射测量模式的系统传递函数。     

大口径光学元件功率谱密度的统计法测量

针对ICF系统要求,提出了一种基于统计理论的大口径光学元件功率谱密度测量方法。该方法将大口径波前划分成足够多个子区域,分别求得每个子区域波前的功率谱密度,根据统计理论可将大口径波前功率谱密度表示为各个子区域波前功率谱密度的加权平均,其权重因子是各子区域对应的面积。模拟计算和实验结果验证了统计法测量的有效性,并表明当子区域个数大于等于8×8时,统计法测量和子孔径拼接测量得到的功率谱密度吻合较好。统计法测量对平台移动精度和环境稳定性要求不高,可应用于大口径光学元件功率谱密度的过程检测。     

基于Wigner分布函数的光学元件评价方法

为了有效地表征和评价光学元件局部小尺度波前畸变,提出了能同时反映空间频率和空间位置的Wigner分布函数评价方法。通过理论分析Wigner分布函数与功率谱密度之间的关系,得到了局部波前畸变的评价方法和指标。模拟计算和实验结果验证了该方法的有效性,并表明:该方法不但能判断光学元件的中频误差是否满足惯性约束聚变系统要求,而且还能确定不满足要求的特定区域,从而有效地指导光学元件的返修。     

光学元件波前畸变对驱动器光路设计的影响

高功率激光驱动器光路设计要考虑像传递、鬼像规避和杂散光管理等多项优化措施.基于衍射光学传播理论,从输出负载能力提升的角度研究大口径光学元件波前特性对驱动器光路设计参数优化的影响.研究表明,驱动器末级光路的排布间隔如果控制在6 m以上,将非常有助于提高激光驱动器的输出负载能力.一般情况下,波前峰谷值达到0.34λ的单块大口径光学元件能使高功率激光的近场光束质量最大下降约10%,达到1.36λ后最大下降约21%;波前分布特性不同的多片大口径光学元件的波前相消叠加有利于降低中频波前部分对装置负载能力的影响,但是,大口径光学元件的非线性效应会加重中频波前对装置输出负载能力的影响;在限定大口径元件损伤阈值20J/cm~2的前提下,光路排布紧凑的激光驱动器末级输入激光通量控制在16.8J/cm~2之下不易损伤光学元件.相对宽松的光路设计可以进一步提高末级输出激光的平均通量水平,非常有利于激光驱动器装置输出负载能力的提升.     

光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标，直接影响到透射光学系统的波面质量，改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion，ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测，同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测，并与国外检测数据进行了对比，对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明，样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小，可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理，对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果，表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符，解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。     

波前功率谱密度(PSD)测量滤波器的设计

在采用波前功率谱密度评价大口径光学元件时，由于测得的原始数据受到测量系统引入的各种噪音和外界干扰的作用，会使检测准确度下降.对比引入带通滤波技术，对原始数据的有效滤波，减小带外的噪音分量和频谱混叠现象的影响.分别设计了无限脉冲响应带通滤波器和有限脉冲响应带通滤波器，通过模拟分析比较了两者的性能，得出在波前波前功率谱密度用于评价大口径光学元件的面形质量时，采用有限脉冲响应滤波器可以得到更高的测量准确度.     

高功率固体激光器中大口径光学器件波前误差的建模及控制方法

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其面形精度特点出发,对其波前误差进行了精细化建模分析,分别研究了粗糙度、纹波度和轮廓度的波前误差模型。在此基础上,进一步针对如何在装校过程中将装配应力产生的波前误差控制在合理范围内的问题,提出了方均根梯度与峰谷值相结合的波前误差评价和控制方法,并通过实验验证了其可行性,以期为我国神光-III主机装置大口径反射镜装校过程中波前误差控制提供科学指导方法。     

强光光学元件波前检测算法

针对强光光学元件高精度检测中使用的两个新参数一——波前位相梯度和功率谱密度的数值计算方法进行了研究，并对目前使用的大口径干涉仪传递函数进行了实验标定。     

光学元件表面频谱分布影响因素的分析方法

 精密光学系统对光学元件的表面频谱误差的分布提出了控制要求,在加工中如何检测和控制光学元件表面的频谱分布成为一个新的问题。利用功率谱密度对频率的定量化描述功能,对检测数据进行样条插值,在同一极坐标系下计算功率谱密度,求取功率谱密度比值信息,分析小磨具技术的加工工具性能、形状及其运动方式对光学元件表面的频率分布影响。指出在加工中合理地改变加工参数可以快速有效地控制元件表面频谱的分布特征。在670 mm大口径非球面镜加工中做了验证。     

大口径光学元件波前调制PSD模拟分析

 使用PSD作为大口径光学元件表面加工质量的评价参数，针对不同的波前调制进行了初步的模拟计算，得到了不同调制频率和不同调制深度情况下的PSD曲线变化情况。当调制频率不同时，PSD曲线的突变部分会发生相应的频移，调制频率高则突变发生在空间频率较高的频段，同时PSD峰值不变。相对应调制深度不同时，PSD曲线的突变部份峰值发生变化，调制深度大则峰值大，与此同时峰值出现的位置不会发生变化。计算和分析结果表明PSD分析结果能够在频率域反应出元件表面受到的不同程度的调制信息。     

近对称谐振腔的变换圆图解分析

利用传播圆-变换圆图解分析方法，通过对不同结构谐振腔的分析和对比，得出一种宜于推广的自锁模激光谐振腔——近对称谐振腔，其锁模运转易于启动且工作性能比较稳定；通过实验对近对称腔的工作性能进行了验证，并对一种五镜锁模腔进行了分析。五镜腔实质上等价于近对称四镜腔。     

强激光系统波前功率谱密度的数值计算研究

惯性约束聚变(ICF)系统中,影响激光聚焦性能的一个重要指标是波前功率谱密度(PSD),它所对应的空间周期为0.12～33mm。对PSD的数值计算所涉及到的关键技术进行了详细的理论及实验分析研究。通过对中频段的波前位相均方根值的分析表明,波前数据的空域处理采用Quad flip技术较为合适,对频域滤波器的选用需要综合考虑滤波的有效性及波前的失真。通过对二维PSD的分析表明,空域处理采用加窗技术较为合适。该项研究为ICF系统中的PSD指标的确定及检测算法奠定了基础。     

激光实际大气水平传输湍流畸变波前的功率谱分析II:波前相位与格林伍德频率

分析了整体倾斜像差去除前后大气湍流畸变波前相位的功率谱。在激光实际大气水平传输实验中 ,利用 6 1单元自适应光学系统的哈特曼波前传感器 ,测量和分析了大气湍流畸变波前相位的功率谱。还建立了一种根据实际测量的波前相位功率谱数据估测自适应光学系统变形镜需要控制带宽大小和大气湍流格林伍德 (Greenwood)频率的方法。