激光光束波前畸变探测及自适应校正技术研究

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自适应光学(AO: Adaptive Optics)作为一种主动光学补偿技术,由于具有结构简单、校正效果好、可闭环运行等优势,被大量用于光学主动补偿和波前畸变校正,并于近年逐渐应用于高能激光器系统中。固体激光器由于可以实现稳定运行及维护方便等优点成为获得高功率、高光束质量激光的首选,但是固体激光器在工作时,由于激光介质的热效应、光学元件加工误差、元件装调误差不可避免地在输出光束中引入波前畸变。采用AO技术可对这些偏差进行实时校正,从根本上提供了解决脉冲激光器输出能量和光束质量这一对矛盾的技术途径,使获得高光束质量、高能量脉冲激光器成为可能。本论文围绕主动AO校正高能量固体激光器波前畸变技术,对其进行了相关的理论和实验研究。论文完成的主要工作包括:  1)基于夏克-哈特曼(S-H: Shark-Hartmann)理论的波前探测技术  根据S-H理论对波前探测进行了数值模拟和实验研究。模拟了夏克-哈特曼波前传感器(SH-WFS: Shark-Hartmann Wavefront Sensor)的一般结构及模式法重构波前的过程,利用平行光经过球面透镜/柱面透镜后形成的球面波/柱面波作为探测波前,根据泽尼克(Zernike)模式法理论及相关算法设计编制相应处理程序,实现了波前探测。在数值模拟结果的基础上,进行了实验验证。实验采用商用的微透镜阵列(MLA: Mircolens Array)和CCD搭建SH-WFS,利用实际光束作为参考光,避免了光学装调中的系统误差。实验中分别将球面透镜、柱面透镜、楔形平板插入扩束准直后的He-Ne激光中,对这些光学元件插入后的“畸变”波前进行探测。  2) AO系统波前畸变校正实验  详细介绍了AO理论知识,并对系统中各个部分的功能及数据处理流程进行了论述。利用闭环的SH-WFS和变形反射镜(DM: Deformable Mirror)搭建了闭环的AO系统,对目标激光器内可能出现的波前畸变进行了校正技术研究。实验过程中根据元器件的要求,采用4f系统确保畸变、探测面、校正面的一致性,这同时也对光路的调节提出了较高的要求。
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