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(jì)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(yuǎn)場(chǎng)聚焦,探討了激光遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦的光束質(zhì)量退化及相位修正問(wèn)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(guò)光闌與透鏡分離光學(xué)系統(tǒng)的衍射光場(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)率函數(shù)描述。該方法通過(guò)將孔徑的復(fù)透過(guò)率函數(shù)展開(kāi)為一系列復(fù)高斯函數(shù)和的方式來(lái)獲得衍射場(chǎng)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(guò)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(guò)光闌透鏡分離系統(tǒng)的聚焦實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)而考察高斯光束通過(guò)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(jìn)行了激光光束通過(guò)湍流大氣遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸?shù)墓馐|(zhì)量退化研究,并給出了詳細(xì)的數(shù)值分析結(jié)果。(5)搭建了基于光束質(zhì)量性能評(píng)價(jià)函數(shù)的相位修正系統(tǒng),以提高激光光束通過(guò)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(jī)并行梯度下降(SPGD)算法,基于桶中功率性能評(píng)價(jià)函數(shù),通過(guò)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(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸后的光束質(zhì)量符合實(shí)際應(yīng)用需求。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)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(yuǎn)鏡 (b) 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的主鏡圖 1.2 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡及其主鏡相位恢復(fù)最著名的應(yīng)用為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope)的像差修在哈勃空間望遠(yuǎn)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(jìn)實(shí)驗(yàn)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(duì)其作了相關(guān)研究。他們借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡所拍攝的圖像，利用相位算法準(zhǔn)確的確定了哈勃望遠(yuǎn)鏡所存在的像差，最終成功的改善了哈勃望遠(yuǎn)鏡像質(zhì)量[62, 63]。圖 1.2 為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡及其主鏡。

(a) 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡 (b) 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的主鏡圖 1.2 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡及其主鏡恢復(fù)最著名的應(yīng)用為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope)的像勃空間望遠(yuǎn)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(yàn)室組織，F(xiàn)ienup 小組[56, 57]，Lyon 小組[58, 59]，Roddier 小組[60]以及對(duì)其作了相關(guān)研究。他們借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡所拍攝的圖像，利用準(zhǔn)確的確定了哈勃望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡及其主鏡。

相位恢復(fù)相機(jī)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2815191