大口径光学元件波前功率谱密度检测

波前功率谱密度（PSD）被用于评价惯性约束聚变激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。高功率固体激光装置对大口径光学元件波前质量的要求有别于传统光学系统,要求对波前误差进行较高空间频率的测量。探讨了大口径光学元件波前的高空间分辨率检测技术,采用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器,通过傅里叶变换获得波前一维功率谱密度分布。对惯性约束聚变激光驱动器的典型光学元件进行了波前功率谱密度的的检测和分析。     

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。     

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.     

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。     

子孔径拼接技术应用的研究

大口径光学元件的检测开拓了子孔径拼接应用的新领域。采用小口径干涉仪对大口径被测元件不同区域进行波前检测,然后恢复计算出被测波前。使用光学设计软件ZEMAX对子孔径检测拼接技术进行了模拟,模拟结果表明：波前检测相对误差小于4.3λ‰,实现了对大口径光学元件面形的高精度检测,避免了相同口径检测干涉仪的使用,降低了检测成本及难度。     

基于小波变换的拼接重叠区域融合方法

为了解决大口径光学元件面形高精度测量问题,建立了拼接测量系统,通过测量得到整体表面面形。在拼接测量过程中,需要将待测面形进行划分,按着一定的顺序进行测量,再根据各个子口径之间的相对位置进行拼接。各个子口径存在重叠部分,采用均化的处理方法会导致高频面形数据的丢失。采用小波变换的拼接重叠区域融合方法可以减少高频数据的丢失。首先,对各个子口径的重叠区域分别进行小波变换得到低频和高频系数矩阵;然后,根据不同的方法对低频和高频系数矩阵进行融合得到新的系数矩阵;最后,通过小波逆变换得到整体面形。对尺寸为120 mm×40 mm的长方形反射镜面形进行拼接干涉测量,并用功率谱密度对本文方法和平均融合结果进行客观比较。实验结果表明,该方法可以保留更多的高频面形数据。     

大口径光学元件中频波前的检测

大口径光学元件中频波前的准确评价已成为高功率激光系统中关注的焦点,元件中频波前均方根值是重要评价指标之一。根据波前中频检测频段及波前检测设备频响特性,将波前的中频区域分为两个检测频段,分别采用干涉仪和光学轮廓仪实现了中频波前均方根值的检测。采用大口径干涉仪可实现全口径波前中频区域低频段波前的检测,通过比对大口径干涉仪和采用小口径干涉仪结合分块融合平均方法的检测结果,提出采用分块融合平均方法也可检测相应频段全口径波前均方根。采用光学轮廓仪通过离散采样的方法检测大口径元件中频区域高频段波前均方根,针对不同离散采样方式的实验结果表明:33的采样方式能满足对410 mm410 mm口径元件中频区域高频段波前均方根的检测。     

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。     

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。     

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。     

激光大气水平传输湍流畸变波前的功率谱分析I:波前整体倾斜与泰勒频率

利用自适应光学系统的哈特曼 (Hartmann)波前传感器 ,测量了激光实际大气水平传输湍流畸变波前中整体倾斜像差的时间功率谱 ,发现功率谱谱形与科尔莫戈罗夫 (Kolmogorov)湍流理论不完全符合。建立了一种根据实际测量的整体倾斜功率谱估测自适应光学系统倾斜镜需要的控制带宽大小和大气湍流的泰勒 (Tyler)频率指标的方法。     

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。     

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61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。     

Multiangle dynamic light scattering analysis using a modified Chahine method

Multiangle dynamic light scattering (MDLS) is used to determine particle size distributions (PSDs). The angular intensity weighting coefficients used in the inversion of the PSD data affect dramatically the PSD recovered. Noise in the weighting factors gives rise to poor PSD results. A modified Chahine method, which is insensitive to the noise of the weighting coefficients, is developed for estimating the PSD from MDLS. The method was evaluated through simulated examples that involved unimodal and bimodal PSDs of different shapes and employed for estimating two bimodal PSDs obtained by mixing two standard polystyrene latexes. For comparison, all examples were also analyzed using a nonnegatively-constrained Tikhonov regularization technique typically used for inverting ill-conditioned linear problems. The PSDs estimated by the proposed modified Chahine method were more accurate than those obtained by the Tikhonov technique.     

Characterization of spherical core–shell particles by static light scattering. Estimation of the core- and particle-size distributions

A numerical method is proposed for the characterization of core–shell spherical particles from static light scattering (SLS) measurements. The method is able to estimate the core size distribution (CSD) and the particle size distribution (PSD), through the following two-step procedure: (i) the estimation of the bivariate core–particle size distribution (C–PSD), by solving a linear ill-conditioned inverse problem through a generalized Tikhonov regularization strategy, and (ii) the calculation of the CSD and the PSD from the estimated C–PSD. First, the method was evaluated on the basis of several simulated examples, with polystyrene–poly(methyl methacrylate) core–shell particles of different CSDs and PSDs. Then, two samples of hematite–Yttrium basic carbonate core–shell particles were successfully characterized. In all analyzed examples, acceptable estimates of the PSD and the average diameter of the CSD were obtained. Based on the single-scattering Mie theory, the proposed method is an effective tool for characterizing core–shell colloidal particles larger than their Rayleigh limits without requiring any a-priori assumption on the shapes of the size distributions. Under such conditions, the PSDs can always be adequately estimated, while acceptable CSD estimates are obtained when the core/shell particles exhibit either a high optical contrast, or a moderate optical contrast but with a high ‘average core diameter’/‘average particle diameter’ ratio.     

枕型二维位敏探测器的结构和性能研究

本文从二维位敏探测器(PSD)的结构和性能的比较出发,对枕型结构PSD的性能作了理论上的推导和分析,由此得到的结论和现有的实验结果相符.     

差分五棱镜扫描法在波前检测中的应用

为了实现高精度大口径平行光管波前检测,评价平行光管出射波前质量,提出了采用差分五棱镜扫描波前检测方法检测平行光管.该方法为五棱镜扫描法的优化方法,通过测量波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前,从而消除由于五棱镜扫描法波前检测中质心标定不准确而引入的倾斜和离焦的误差量.通过搭建差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性,并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性.误差分析表明,该方法检测精度可以达到10.54 nm;实验结果表明,该方法相比于五棱镜扫描法分别在波面峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的重复性精度上提高了74.41%和125.81%.该方法基本满足平行光管波前检测精度高、稳定性好的要求,可以客观准确地评价平行光管出射波前质量.     

Characterization of synthetic carbons activated with phosphoric acid

The structural heterogeneity of synthetic phosphoric acid activated carbons has been analyzed using pore-size distributions (PSDs) obtained from nitrogen at −196 °C and carbon dioxide at 0 °C isotherms. PSDs where obtained by the BET–Kelvin method. It is shown that the BET–Kelvin method is in good agreement with DFT and provides a fast means for assessment of the porous structure of adsorbents. PSDs obtained by the BET–Kelvin method using different adsorbates give results consistent with each other. Due to the restricted pressure range for carbon dioxide adsorption isotherm the PSD gives information only about pores in the micropore range. The agreement between different methods is better for small micropores.