光束聚焦可提高激光器輸出光束的能量集中度,這是激光應(yīng)用領(lǐng)域頗受關(guān)注的研究課題。光束聚焦特性的研究可為激光聚焦系統(tǒng)設(shè)計和光束(束腰位置與尺寸)精確控制提供重要的理論參考和應(yīng)用指導(dǎo)。本論文采用物理光學(xué)方法研究激光遠場聚焦,探討了激光遠場聚焦的光束質(zhì)量退化及相位修正問題。主要工作包括:(1)基于惠更斯-菲涅耳(Huygens-Fresnel)衍射積分和貝塞爾函數(shù),推導(dǎo)了高斯光束通過光闌與透鏡分離光學(xué)系統(tǒng)的衍射光場分布,給出了光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與高斯光束通過光學(xué)系統(tǒng)焦移及光束質(zhì)量退化之間的關(guān)系。(2)基于柯林斯(Collins)公式,推導(dǎo)了厄米-高斯光束通過含有限制孔徑光學(xué)系統(tǒng)的傳播方程。光學(xué)系統(tǒng)的元件可用光學(xué)變換矩陣表征,孔徑可用復(fù)透過率函數(shù)描述。該方法通過將孔徑的復(fù)透過率函數(shù)展開為一系列復(fù)高斯函數(shù)和的方式來獲得衍射場的解析形式。并且借助得到的傳播方程,應(yīng)用環(huán)圍功率準(zhǔn)則,獲得了不同模式厄米-高斯光束通過光學(xué)系統(tǒng)的焦移及光束質(zhì)量退化情況。(3)搭建了高斯光束通過光闌透鏡分離系統(tǒng)的聚焦實驗平臺,并將實驗結(jié)果與理論計算進行對比,進而考察高斯光束通過光學(xué)系統(tǒng)的焦移與光束質(zhì)量退化情況。(4)以二階矩(second-order moment)束寬和桶中功率(power in the bucket,PIB)為特征參數(shù),進行了激光光束通過湍流大氣遠場傳輸?shù)墓馐|(zhì)量退化研究,并給出了詳細的數(shù)值分析結(jié)果。(5)搭建了基于光束質(zhì)量性能評價函數(shù)的相位修正系統(tǒng),以提高激光光束通過光學(xué)系統(tǒng)后光斑的能量集中度,改善聚焦激光的光束質(zhì)量。利用隨機并行梯度下降(SPGD)算法,基于桶中功率性能評價函數(shù),通過變形鏡的控制,修正激光光束的相位分布,以使激光光束通過光學(xué)系統(tǒng)傳輸后的光束質(zhì)量符合實際應(yīng)用需求。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

(a) 哈勃空間望遠鏡 (b) 哈勃空間望遠鏡的主鏡圖 1.2 哈勃空間望遠鏡及其主鏡相位恢復(fù)最著名的應(yīng)用為哈勃空間望遠鏡(Hubble Space Telescope)的像差修在哈勃空間望遠鏡發(fā)射之后，研究人員發(fā)現(xiàn)其存在嚴(yán)重的像差。因此，由噴進實驗室組織，F(xiàn)ienup 小組[56, 57]，Lyon 小組[58, 59]，Roddier 小組[60]以及 Kris[61]均對其作了相關(guān)研究。他們借助哈勃空間望遠鏡所拍攝的圖像，利用相位算法準(zhǔn)確的確定了哈勃望遠鏡所存在的像差，最終成功的改善了哈勃望遠鏡像質(zhì)量[62, 63]。圖 1.2 為哈勃空間望遠鏡及其主鏡。

(a) 哈勃空間望遠鏡 (b) 哈勃空間望遠鏡的主鏡圖 1.2 哈勃空間望遠鏡及其主鏡恢復(fù)最著名的應(yīng)用為哈勃空間望遠鏡(Hubble Space Telescope)的像勃空間望遠鏡發(fā)射之后，研究人員發(fā)現(xiàn)其存在嚴(yán)重的像差。因此，驗室組織，F(xiàn)ienup 小組[56, 57]，Lyon 小組[58, 59]，Roddier 小組[60]以及對其作了相關(guān)研究。他們借助哈勃空間望遠鏡所拍攝的圖像，利用準(zhǔn)確的確定了哈勃望遠鏡所存在的像差，最終成功的改善了哈勃望量[62, 63]。圖 1.2 為哈勃空間望遠鏡及其主鏡。

相位恢復(fù)相機

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李俊昌;菲涅耳衍射及柯林斯公式的快速傅里葉變換計算[J];光電子·激光;2001年05期

2 黃林海;寧禹;楊華峰;饒長輝;姜文漢;;基于變形鏡面形的多幀相位反演算法研究[J];光學(xué)學(xué)報;2009年06期

3 高衛(wèi);激光束衍射極限倍數(shù)β的確定方法[J];光子學(xué)報;2003年09期

4 呂百達,季小玲,陶向陽,趙光普,肖希;硬邊衍射光束的計算模擬[J];紅外與激光工程;2005年03期

5 呂百達;康小平;;對激光光束質(zhì)量一些問題的認(rèn)識[J];紅外與激光工程;2007年01期

6 李俊昌;陳仲裕;趙帥;鮑乃鏗;鐘寶璇;;柯林斯公式的逆運算及其在波面重構(gòu)中的應(yīng)用[J];中國激光;2005年11期

7 余浩;黃林海;饒長輝;姜文漢;;G-S算法在光束近場場強控制中的應(yīng)用[J];中國激光;2010年05期

8 李俊昌;;柯林斯公式的D-FFT計算[J];計算物理;2008年03期

9 彭愿潔,呂百達;AGSM光束的聚焦[J];激光技術(shù);2004年03期

10 彭潤伍,呂百達;用環(huán)圍功率法研究雙曲正弦高斯光束的焦移[J];強激光與粒子束;2003年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 丁凌艷;非球面相位恢復(fù)檢測技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 胡曉軍;大型光學(xué)鏡面相位恢復(fù)在位檢測技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李文學(xué);基于HLA的激光大氣傳輸仿真應(yīng)用系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號：2815191