光束整形和相位校正相关问题研究

论文摘要

激光光束质量和近场强度分布是高能激光技术研究者比较关注的两个方面。激光光束质量由于受到激光器本身和传输过程中诸多因素的影响而变差,一般采用自适应光学系统对其进行控制。其中,常规共轭式自适应光学系统在光束控制中得到了较为广泛的应用。理论研究表明,严格意义上的相位共轭是该系统波前畸变得到完全校正的关键,但实际系统的校正效果受到多方面条件限制。近场强度的非均匀分布在影响激光远场能量集中度的同时,带来非均匀的热变形和较严重的波前畸变,需要对光束强度进行整形,基于随机并行梯度下降算法(SPGD)的自适应光束整形是实现此目标的一种有效方法,但整形效果与目标光束尺寸有关。本文工作主要包括两大部分:相位校正的理论模拟和实验研究;基于SPGD算法的光束整形改进研究。第一部分工作主要是分析各因素对常规共轭式系统像差校正效果的影响,并提出改进方案。此部分主要包括以下内容:对常规共轭式系统的像差校正理论进行了推导和分析,讨论了影响像差校正效果的多种因素,并进行了数值计算验证;在此基础上,提出了一种波像差校正的改进方案,通过数值模拟,对比分析了相同像差条件下两种方案的校正效果;搭建了相应实验平台,采用双液晶空间光调制器,分别作为波前畸变产生器件和相位校正器件,通过实验初步验证了不同方案的校正效果,并与理论计算结果进行了对比。第二部分工作主要是基于SPGD算法的光束整形改进研究。此部分主要包括以下内容:针对目前基于SPGD算法的自适应光束整形系统存在的不足设计了改进方案;通过数值模拟和实验研究了改进系统的光束整形效果和对目标光束尺寸的适用性。研究结果表明:此系统在实际目标光束尺寸和最佳目标光束尺寸相差一定范围内均能得到较为理想的整形效果,改进整形系统基本达到了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排
• 第二章 波前校正技术的理论研究
• 2.1 常规共轭式像差校正理论研究
• 2.1.1 常规共轭式像差校正理论推导
• 2.1.2 常规共轭式像差校正影响因素分析
• 2.1.3 菲涅尔数对常规共轭式像差校正影响分析
• 2.2 像差校正改进方案
• 2.2.1 像差校正改进方案
• 2.2.2 波前校正器及其控制方法
• 2.2.3 性能评价函数传感器
• 2.2.4 优化控制器和优化算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 自适应系统相位校正的数值模拟
• 3.1 像差校正仿真模块
• 3.1.1 光波传输模块
• 3.1.2 相位畸变模块
• 3.1.3 光束质量评价模块
• 3.2 常规共轭式像差校正数值模拟
• 3.2.1 菲涅尔数对常规共轭式系统校正效果的影响
• 3.2.2 像差大小对常规共轭式系统校正效果的影响
• 3.2.3 振幅分布对常规共轭式系统校正效果的影响
• 3.3 像差校正改进方案数值模拟
• 3.3.1 菲涅尔数对改进方案校正效果的影响
• 3.3.2 像差大小对改进方案校正效果的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 自适应系统相位校正实验研究
• 4.1 液晶空间光调制器
• 4.1.1 液晶空间光调制器拟合波前相位分布的方式
• 4.1.2 液晶空间光调制器的实验室控制方法
• 4.2 实验光路设计及工作流程
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 像差大小对常规共轭式系统校正效果的影响
• 4.3.2 菲涅尔数对常规共轭式系统校正效果的影响
• 4.3.3 常规共轭式系统与改进方案校正效果对比研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于SPGD 算法的光束整形改进研究
• 5.1 基于SPGD 算法的光束整形理论研究
• 5.1.1 基于SPGD 算法的光束整形系统
• 5.1.2 光束整形系统数值分析
• 5.2 基于SPGD 算法的光束整形系统改进
• 5.2.1 光束整形改进系统
• 5.2.2 光束整形改进系统数值模拟
• 5.3 基于SPGD 算法的光束整形改进实验研究
• 5.3.1 光束整形改进系统实验光路
• 5.3.2 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果