论文摘要
在激光工程系统中,需要对激光束进行控制。光束控制的目的:(1)提高激光束的近场均匀性,防止局部尖峰对光学元件造成损伤;(2)提高发射激光的远场能量集中度,提高目标位置处的功率密度,增加系统的有效作用距离,将激光系统输出的能量(功率)最大限度地集中到目标上。激光系统内光路中激光束的波像差是影响光束质量的主要因素,光束的强度分布,包括次镜遮拦,也会对远场光束质量产生影响。本论文主要结合实际工程系统所关注的问题研究激光工程系统内光路中影响光束质量的一些因素。首先研究了光学元件不同类型的像差峰谷值(PV值)、光学元件直径d对光束质量的影响,然后对遮拦的相关问题进行了研究,共分为两个部分:发射系统与激光束参数的匹配问题;针对多光束照明共孔径发射接收系统,挖孔耦合参数对成像质量等因素的影响。具体分为三个方面:(1)建立球差、像散、离焦、x向整体倾斜等像差模型,并使用MATLAB软件编程进行数值计算,得到各种像差PV值、光学元件直径d对远场光束质量影响;(2)建立激光系统内光路中光束传输模型,推导出光束衍射场的近似解析公式。根据解析式进行数值计算,研究发射系统(卡塞格林望远系统)与激光束的参数匹配问题。具体研究了内光路中光束扩束倍数对远场光斑特性(远场峰值光强、斯特列尔比(SR)、归一化总功率、平均功率)的影响;对某外场实验的实际光学系统参数和激光参数进行分析,分别得出远场峰值强度最高、SR最大,归一化总功率最大、平均功率最大的扩束倍数;提出一种解决由于次镜遮拦造成能量损失的方法,并作相应的可行性计算;(3)研究了激光多光束照明共孔径发射/接收系统中,挖孔耦合参数对成像质量的影响问题,讨论了获得最佳成像质量的挖孔排布参数。通过对激光系统内光路中影响光束质量的相位因素中的球差、像散、离焦、x向整体倾斜的研究,得到了实际光学元件典型像差对SR、光束质量因子β和偏移角θ的影响,为工程加工、镀膜面形参数的选取提供参考。通过对激光束参数和望远系统参数匹配问题的研究和实际光斑实验数据的计算,加深了远场光斑特性与内光路中扩束倍数之间关系的认识。工程系统选择扩束倍数时,要综合考虑和取舍。提出的减小能量损失的方法,经数值计算可以减小能量损失,但是同时峰值光强下降,光斑扩展,在照明系统中该方法有一定应用前景。多光束照明共孔径发射/接收系统挖孔参数对信号探测的影响方面取得的研究结果,对工程系统设计中挖孔数量以及位置的选取有一定参考意义。