【摘要】：激光束經(jīng)過(guò)大氣傳輸后,其遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)的高精度測(cè)量對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估激光大氣傳輸特性和激光系統(tǒng)的綜合性能具有重要作用。本文以大尺寸激光束參數(shù)高精度測(cè)量技術(shù)為研究?jī)?nèi)容,全面分析了激光束遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)量的影響因素,獲得了遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)高精度測(cè)量對(duì)測(cè)量設(shè)備的技術(shù)要求�；趯�(duì)漫透射光分布特性的研究提出了激光束漫透射空間取樣方法,設(shè)計(jì)了漫透射取樣靶面,研究了取樣靶面與光電二極管陣列或成像器件構(gòu)成陣列探測(cè)器技術(shù),研制了相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備并獲得了高精度測(cè)量結(jié)果。研究了激光束遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)高精度測(cè)量對(duì)測(cè)量設(shè)備的技術(shù)要求。從激光束強(qiáng)度分布測(cè)量方法出發(fā),分析了經(jīng)空間取樣后的激光強(qiáng)度時(shí)空分布測(cè)量不確定度及其來(lái)源。從激光束空間取樣出發(fā),通過(guò)理論計(jì)算或數(shù)值模擬分析了激光束遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)量對(duì)測(cè)量設(shè)備的探測(cè)口徑、動(dòng)態(tài)范圍、空間分辨力以及空間占空比的要求;從測(cè)量過(guò)程和數(shù)學(xué)表達(dá)式出發(fā),分析了取樣光斑參數(shù)的測(cè)量不確定度。根據(jù)上述結(jié)果,獲得了激光束遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)高精度測(cè)量的技術(shù)要求。根據(jù)高精度測(cè)量要求,基于對(duì)漫透射光分布特性的研究提出漫透射空間取樣方法,設(shè)計(jì)了漫透射取樣靶面,實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光束高分辨力和高占空比空間取樣,在大角度范圍內(nèi)(±30°)取樣激光功率基本保持不變。采用光學(xué)追跡法研究了漫透射材料的角度響應(yīng)特性,獲得了漫透射光分布與入射光角度無(wú)關(guān)的結(jié)論,據(jù)此提出了漫透射取樣方法。對(duì)取樣材料散射特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)常用取樣單元結(jié)構(gòu)的角度響應(yīng)特性進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬,獲得了取樣孔結(jié)構(gòu)及其表面特性的最佳組合方式。分析了取樣靶面的角度響應(yīng)特性,獲得了最大功率取樣誤差與激光入射角度、分辨力以及占空比關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。研究了漫透射取樣靶面與光電二極管陣列構(gòu)成高精度強(qiáng)激光陣列探測(cè)器技術(shù)。1)取樣強(qiáng)激光衰減技術(shù)研究。提出了取樣光衰減單元結(jié)構(gòu),推導(dǎo)了衰減倍率計(jì)算公式,分析了取樣單元內(nèi)光斑強(qiáng)度分布以及衰減器側(cè)壁反射光對(duì)光電探測(cè)器接收光強(qiáng)的影響,對(duì)光強(qiáng)衰減倍率計(jì)算公式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)改變衰減器結(jié)構(gòu)參數(shù)或通過(guò)兩級(jí)衰減組合可實(shí)現(xiàn)任意倍率的強(qiáng)激光衰減。2)抗強(qiáng)光損傷技術(shù)研究。采用耐高溫漫透射材料作為強(qiáng)激光取樣材料。提出紫銅噴砂鍍金技術(shù)對(duì)非取樣強(qiáng)激光進(jìn)行高反射率漫反射,大大提高了相關(guān)設(shè)備的抗強(qiáng)光損傷能力;采用有限元分析軟件Ansys對(duì)取樣靶面溫度場(chǎng)分布進(jìn)行模擬計(jì)算,為取樣靶面的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3)設(shè)計(jì)了探測(cè)單元響應(yīng)系數(shù)(非一致性系數(shù))和陣列探測(cè)器功率響應(yīng)系數(shù)校準(zhǔn)方法并分析了它們的不確定度。4)研制了高能激光陣列探測(cè)器并獲得了高精度測(cè)量結(jié)果。陣列探測(cè)器空間分辨力5mm(探測(cè)口徑Ф300mm),空間占空比20%,測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大于104倍,使用角度±30°(功率響應(yīng)值變化2.5%以內(nèi)),探測(cè)單元響應(yīng)面非均勻性(rms)1%以內(nèi),功率重復(fù)性誤差約1%,功率測(cè)量結(jié)果與光學(xué)一級(jí)計(jì)量站測(cè)量結(jié)果誤差3.0%以內(nèi),最高測(cè)量能量密度大于10kJ/cm2。研究了漫透射取樣靶面與CCD成像器件構(gòu)成成像型陣列探測(cè)器技術(shù)。1)系統(tǒng)集成技術(shù)研究,利用平面鏡成像原理對(duì)測(cè)量組件進(jìn)行集成。2)光斑幾何形狀畸變校正技術(shù)研究。分析了光斑形狀畸變?cè)?提出建立探測(cè)單元—取樣單元對(duì)應(yīng)的CCD像素—輸出圖像單元三者映射關(guān)系的方法,采用圖像處理技術(shù)合并CCD像素實(shí)現(xiàn)了光斑形狀的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確復(fù)原。3)光斑強(qiáng)度分布畸變校正技術(shù)研究。分析了光斑強(qiáng)度分布畸變產(chǎn)生的原因,根據(jù)成像理論推導(dǎo)了傾斜物體的像面照度分布公式;采用均勻光斑對(duì)光斑強(qiáng)度分布畸變進(jìn)行全系統(tǒng)校正,校正后探測(cè)單元響應(yīng)面非均勻性低于1%(rms)。4)設(shè)計(jì)了激光功率響應(yīng)系數(shù)定標(biāo)方法。5)給出了該技術(shù)在多波長(zhǎng)激光參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。6)研制了CCD成像型陣列探測(cè)器并獲得了高精度測(cè)量結(jié)果。探測(cè)器分辨力3mm(探測(cè)口徑Ф198mm),占空比34.9%,功率測(cè)量誤差5%以內(nèi)。該論文研究成果已得到成功應(yīng)用,為多項(xiàng)大型科研實(shí)驗(yàn)提供了大量科學(xué)數(shù)據(jù),提高了激光束遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)量能力和測(cè)量精度,對(duì)于激光大氣傳輸特性分析和激光系統(tǒng)綜合性能診斷與評(píng)估發(fā)揮了重要作用,對(duì)促進(jìn)相關(guān)激光系統(tǒng)的研制和發(fā)展具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN247

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本文編號(hào)：2786280