用能动光学技术控制激光焦线形态的方法研究与仿真计算

 用一块能动反射镜、一块柱面透镜和一块非球面透镜可组成新原理的焦线形态控制系统。随时改变能动反射镜形状以调制波面位相,能将入射激光束变换成幅照均匀、长度在一定范围内连续可调的焦线。针对高斯型入射光强,探讨了用该系统控制激光焦线形态的可行性。     

离轴格里高利系统中失调对远场时空特性影响

扩束是超高峰值功率激光装置中必不可少的一环,由离轴抛物面镜组成的反射式扩束系统可解决传统透射式扩束带来的色散、色差及激光脉冲前沿畸变等问题.利用光线追迹法和惠更斯-菲涅耳原理对反射式扩束和聚焦过程进行分析,计算了在反射式扩束系统参数不同时,离轴抛物面镜失调对激光脉冲远场时空特性的影响,给出了激光脉冲斯特列尔比和峰值强度的误差允许范围.     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40RMS(λ=632.8nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

拼接聚焦终端在快点火装置上的应用

为满足快点火对点火脉冲功率的要求,主要在建和规划中的快点火驱动器均提出类似天文望远镜的拼接技术,实现大口径多路激光的相干聚焦。采用几何光学追迹和傅里叶方法求解拼接聚焦模型,针对抛物面镜的拼接规模和控制精度对焦斑峰值功率的影响进行了理论和数值模拟研究。模拟了2×2,3×3和4×4拼接离轴抛物面镜在一定控制精度下远场焦斑的斯特列尔比,并由正态分布的蒙特-卡罗方法分析了精度误差对斯特列尔比的影响。结果表明,面外旋转角和轴向活塞位移误差分别为1μrad和210.6 nm时2×2结构的焦斑斯特列尔比大于0.8的概率超过60%。     

高能拍瓦激光系统中大口径离轴抛物面聚焦特性研究

为进行快点火实验,需对高能拍瓦激光聚焦系统中的核心元件即大口径离轴抛物面,进行深入量化研究,以便对其结构选型和精密调整提供准确的理论依据。利用基于严格的矢量衍射理论的数值计算方法,并结合像差分析得到了大孔径、大离轴量的抛物面镜(OAP)的物理光学成像特性。首先用理想平行光入射,得出OAP的三维平动公差与其焦深密切相关,OAP绕旋转对称轴的转动可归结为平动问题,其公差与焦深也有简单关系;入射光轴失准时,像散占主导作用,并可由一结构因子来定性描述其对像斑的影响。其次当入射光有一定的发散角时,除引起最佳像面位置变化外,还会由于OAP不对称性而引起的彗差使得像斑的峰值光强大大降低,并论述了OAP的结构参数对此的影响。     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40 RMS (λ=632.8 nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60 RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

离轴高斯涡旋光束的深聚焦特性

基于德拜矢量衍射积分理论,对离轴高斯涡旋光束经过大数值孔径透镜后聚焦场的特性进行了研究,获得了离轴高斯涡旋光束深聚焦后复振幅分布函数,在此基础上对离轴高斯涡旋光束深聚焦场的光强和相位分别进行了分析.数值模拟结果表明:离轴距离的改变对高斯涡旋光束在焦平面上的光强分布和相位分布会产生影响,离轴距离的增加会加剧聚焦场光强在y轴方向上分布的差异,而离轴距离的符号决定了光强集中区域的方向.另一方面,与一阶离轴涡旋光束不同,高阶离轴涡旋光束经过深聚焦后会发生暗核分裂现象,出现多个相位奇点,奇点个数等于原始光束对应的拓扑荷数,且分裂后的奇点具有明显的对称性.研究表明,这种暗核分裂现象由大数值孔径透镜深聚焦引起.     

球差对圆偏涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

利用理查德-沃耳夫矢量衍射积分,分析了初级球差对圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响,获得不同球差系数下的光强分布.结果表明,当初级球差系数增加,会聚光点偏离系统焦平面,纵向光场发生改变;焦点光强逐渐减小,焦平面光场发生变化;光轴上光强峰值逐渐减小,峰值两侧的旁瓣变化趋势相反,光强由对称分布变成非对称分布;初级球差对贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响不依赖其偏振态;离焦无法完全补偿初级球差对聚焦光场的影响.     

光电系统多光轴平行性校准方法的研究

 比较了目前常用的几种多光轴平行性测试方法。在大口径平行光管法的基础上,结合CCD技术提出了新的光轴平行性校准方法。该方法采用ZYGO干涉仪精确定焦,通过比较目标靶在CCD上共轭像的中心坐标和被测系统激光光斑中心坐标之间的差异,即可计算出红外或者可见光轴与激光轴的平行性误差。分析了该方法中大口径离轴抛物面镜焦面的确定与激光光斑中心定位等问题。讨论了该方法的测量不确定度,得到测量不确定度小于5″。     

高数值孔径系统多重初级像差对高斯光束的影响（英文）

为了揭示高数值孔径光学系统在多重初级像差共同作用时受到的影响,基于衍射理论,研究了多重初级像差,特别是彗差、象散和球差对汇聚高斯光束的影响效果.通过数值模拟计算,获得了在彗差、象散和球差共同作用下,汇聚高斯光束在焦平面处光斑的光强分布,发现多重像差对聚焦光斑的影响并非各单像差影响效果的简单叠加.通过对高数值孔径光学系统激光焦斑的实际测量,发现其光强分布特点与数值模拟结果具有高度的一致性.研究结果对于评估与分析实际的光学系统具有一定的指导意义.