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基于柱面變形反射鏡的低階像差補償技術(shù)研究

發(fā)布時間:2018-10-22 12:04
【摘要】:板條固體激光器在獲得高平均功率激光輸出方面具有獨特優(yōu)勢,正越來越多地受到人們的關(guān)注。然而由于固體增益介質(zhì)中存在的熱透鏡效應(yīng)、泵浦非均勻性和熱致雙折射效應(yīng)等不良因素,導致輸出光束中存在著較大PV值的低階像差,限制了光束質(zhì)量的進一步提高,因此板條固體激光器的低階像差補償技術(shù)研究有著重要的實際意義與廣闊的應(yīng)用前景。本文基于反射式柱面整形系統(tǒng)對板條固體激光器的低階像差補償問題進行了研究。論文設(shè)計完成了一套用于補償?shù)碗A像差的反射式柱面光束整形系統(tǒng)。建立了該系統(tǒng)的矩陣光學模型,分析了其對低階像差的補償原理,給出了離焦、像散系數(shù)與補償控制量的解析算法,并通過實驗研究驗證了反射式柱面光束整形系統(tǒng)中利用解析算法進行低階像差補償?shù)目尚行。其次研究了柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的柱面變形反射鏡的結(jié)構(gòu)和工作性能。針對反射式柱面光束整形系統(tǒng)在低階像差補償中存在的不足,進一步提出了在整形系統(tǒng)中采用柱面變形鏡進行低階像差補償?shù)姆椒。通過結(jié)構(gòu)力學分析確定了柱面變形鏡的力學加載方式;提出了柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的柱面變形鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計,并通過有限元仿真優(yōu)化了變形鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù);對加工制作的樣鏡進行了性能測試與標定,測試結(jié)果表明,采用柔性鉸鏈的柱面變形鏡具有較大行程和較小的擬合殘差,變形量PV值達到15μm,殘差PV值小于0.6μm。構(gòu)建了基于柱面變形鏡的低階像差閉環(huán)補償實驗系統(tǒng),開展了對不同低階像差的補償實驗。實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的柱面變形鏡對低階像差具有較好的補償效果,補償后的殘差中低階成分PV值小于0.05μm。光束傳輸因子提高到50%以上,可滿足固體激光低階像差的校正需求。
[Abstract]:Slab solid-state lasers have unique advantages in obtaining high average power laser output, and are attracting more and more attention. However, due to the thermal lens effect, pump inhomogeneity and thermally induced birefringence in the solid gain medium, the low order aberration of PV value exists in the output beam, which limits the further improvement of the beam quality. Therefore, the study of low order aberration compensation technology of slab solid state laser has important practical significance and broad application prospect. In this paper, the low order aberration compensation of slab solid state laser is studied based on the reflective cylindrical shaping system. A reflective cylindrical beam shaping system for compensating low-order aberration is designed and completed in this paper. The matrix optical model of the system is established, and the compensation principle of low order aberration is analyzed. The analytical algorithm of defocusing, astigmatic coefficient and compensation control is given. The feasibility of low order aberration compensation in reflective cylindrical beam shaping system is verified by experiments. Secondly, the structure and performance of cylindrical deformable mirror with flexure hinge structure are studied. Aiming at the deficiency of the reflective cylindrical beam shaping system in the low order aberration compensation, a method of low order aberration compensation using cylindrical deformable mirror in the shaping system is put forward. The mechanical loading mode of cylindrical deformable mirror is determined by structural mechanics analysis, and the structural design of cylindrical deformable mirror of flexure hinge structure is proposed, and the structural parameters of deformable mirror are optimized by finite element simulation. The test results show that the cylindrical deformable mirror with flexure hinge has larger stroke and smaller fitting residuals. The PV value of deformation is 15 渭 m, and the residual PV value is less than 0.6 渭 m. The closed-loop compensation system of low order aberration based on cylindrical deformable mirror is constructed and the compensation experiments of different low order aberrations are carried out. The experimental results show that the cylindrical deformable mirror designed in this paper has a good compensation effect on the low order aberration, and the PV value of the low order component of the compensated residual is less than 0. 05 渭 m. The beam propagation factor is increased to more than 50%, which can meet the need of low order aberration correction of solid state laser.
【學位授予單位】:國防科學技術(shù)大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2015
【分類號】:TN248.1

【參考文獻】

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本文編號:2287105

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