隨著超連續(xù)譜激光輸出功率及光譜范圍的不斷提升,超連續(xù)譜激光在光通信、遙感、主動照明、工業(yè)檢測等多個領域發(fā)揮著越來越重要的作用,然而大功率超連續(xù)譜激光光束質(zhì)量一般較差,大大限制了超連續(xù)譜激光的實際應用。引入自適應光學技術對超連續(xù)譜激光畸變波前進行補償,是提升超連續(xù)譜激光光束質(zhì)量的一種有效方案。雙壓電變形鏡壓電材料整層粘接,相比傳統(tǒng)變形鏡,其加工更為簡單,具有成本低、結(jié)構靈活的特點,適于低階像差校正,且易于實現(xiàn)大校正行程,但采用雙壓電變形鏡對超連續(xù)譜光源進行波前校正的相關研究很少。本文以超連續(xù)譜激光光束控制為主要研究內(nèi)容,探究了超連續(xù)譜光源輸出的近場波前特性,設計加工了針對離焦、像散為主的低階像差校正的橫向壓電變形鏡,以SPGD算法為優(yōu)化控制算法,搭建無波前探測閉環(huán)系統(tǒng)對變形鏡補償超連續(xù)譜激光像差的能力開展了仿真與實驗研究。要對超連續(xù)譜激光光束進行控制,首先要明確其波前相位信息。搭建實驗測量系統(tǒng)對我所自研的一臺400nm-1700nm超連續(xù)譜光源的近場波前特性進行了測量,該超連續(xù)譜光源在各主要波長處的像差類型基本一致,以離焦和像散為主�？紤]到雙壓電變形鏡特別適合小口徑光學系統(tǒng)低階像差校正的特點,以雙壓電變形鏡結(jié)構為基礎,設計了針對低階像差校正,兼具大行程特點的19單元橫向壓電變形鏡。對其表面變形能力開展仿真研究,變形鏡各電極的形變能力比較均衡,加300V驅(qū)動電壓時,各電極影響函數(shù)的PV值都在1μm左右。然后,依上述設計方案加工制造變形鏡實鏡,測量了變形鏡主要的性能指標參數(shù),300V電壓下,各電極實際變形量均大幅超過仿真結(jié)果,對單晶硅鏡面邊緣的松固定方式對變形鏡行程提升有著顯著效果,調(diào)節(jié)變形鏡邊緣壓緊程度亦能對變形鏡形變范圍做小幅調(diào)整。變形鏡的頻率響應特性也比較優(yōu)秀。隨后,對SPGD算法控制該變形鏡的可行性、算法收斂速度和校正效果進行分析,算法1000次迭代后,波前PV值由校正前的1.135λ減小到0.1526λ,遠場光斑SR由0.1提升到0.9907,運算耗時約150s,說明了采用SPGD算法控制該變形鏡校正低階像差可行,且快速、有效。最后,以超連續(xù)譜光源、19單元橫向壓電變形鏡、SPGD控制算法、CCD成像器件等為基礎建立閉環(huán)實驗平臺,實現(xiàn)了對超連續(xù)譜光源全波長輸出的閉環(huán)校正,系統(tǒng)閉環(huán)后的遠場光斑發(fā)散情況明顯好轉(zhuǎn),表明采用橫向壓電變形鏡補償超連續(xù)譜光源像差,能夠獲得較好的校正效果。
【學位單位】：國防科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH744.1
【部分圖文】：

圖 1.1 國防科學技術大學 177W 超連續(xù)譜輸出光譜圖及測試照片1.2 超連續(xù)譜激光光束特性相關研究隨著超連續(xù)譜光源的應用日漸廣泛，科研工作者們對超連續(xù)譜激光的光斑模式、光束質(zhì)量、大氣傳輸?shù)忍匦跃_展了一定研究，試圖了解并控制超連續(xù)譜光源特性，使其能夠更加滿足人們生產(chǎn)生活的需要。國防科技大學的劉通博士對可見光超連續(xù)譜近場光斑模式進行了測量：532nm泵浦少模光子晶體光纖時，除泵浦波長外，各波長輸出為高階模；532nm 泵浦少

超連續(xù)譜其他湍流效應（光強實驗研究還鮮有報道。人們雖然已經(jīng)利實現(xiàn)了對大氣吸收氣體的測量，但是湍輸影響的相關研究還處于起步階段。波前畸變自適應校正技術研究進展技術是一項以光學波前為控制對象的主實時地感知所發(fā)射或接受的光學信號中統(tǒng)本身的特性，來消除這種波前畸變的成接近衍射極限的像或使盡可能多的光否存在波前傳感器，可將其分為無波前 系統(tǒng)[31]一般包括三個基本組成部分：波工作原理如圖 1.2 所示。探測器對光學控制器根據(jù)波前畸變信息計算得出校正時控制。

到民用領域[33]。1985 年中國科學院光電技術研究所研制的 19 單元激統(tǒng)，被用于“神光 I”激光慣性約束聚變(ICF)裝置上[34-35]；20 世紀 90 倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)建立了一個校正激光像散的 AO 系AO 系統(tǒng)被廣泛應用于 CO2氣體激光器腔內(nèi)校正[37]、全固體激光器像及飛秒激光脈沖整形等各類光束控制系統(tǒng)[40-41]；2008 年，加拿大 200 ALLS 使用 DM 獲得了超過 1.0×1020W/cm2的峰值功率密度[42]，此項關鍵技術，當時處于世界領先地位；2010 年，中國科學院光電技了 61 單元 AO 系統(tǒng) SPGD 算法動態(tài)實驗研究[43]，校正后遠場光斑峰10 倍；2012 年，該機構采用端抽運的 Nd:YAG 激光器進行了板條激光[44]，采用 SPDG 優(yōu)化算法，實現(xiàn)了高效、實時的閉環(huán)校正效果；20等[45]采用 SPGD 優(yōu)化算法，利用液晶空間光調(diào)制器對多模光纖激光化實驗，光束凈化后，70%的能量集中在中心主瓣內(nèi)，PIB 由 0.08 提高近 9 倍;2013 年，向汝建等[46]針對固體板條 MOPA 結(jié)構激光器進主動控制研究,研制了大動態(tài)范圍空間分辨率 DM，設計實現(xiàn)了強光正控制，光束質(zhì)量 β 因子平均值從 7.4 改善到 4.06。

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本文編號：2826784