本文關鍵詞：激光對瞬態(tài)過程檢測中的光學設計技術(shù)研究

  更多相關文章： Nd:YAG激光器 調(diào)Q 倍頻 擴束 光學成像系統(tǒng) Mach-Zehnder干涉儀

【摘要】：等離子體的產(chǎn)生過程直接影響電爆炸法制備納米鋁粉的質(zhì)量,而對等離子體進行檢測是完善制備工藝的必要條件。理論分析了激光器所要達到的具體參數(shù)要求。在實驗臺上搭建了一臺聲光調(diào)Q激光器,對其輸出功率曲線及脈沖寬度進行了測量,分析了泵浦功率超過17W后激光功率下降的原因,為進一步改善激光器性能提供依據(jù)。分別進行了腔外倍頻與腔內(nèi)倍頻實驗,對腔內(nèi)倍頻激光器的輸出功率曲線及脈寬進行了測量,在一定的泵浦功率范圍,輸出功率能夠穩(wěn)定提升。在實驗平臺上搭建了Mach-Zehnder干涉儀,采用腔內(nèi)倍頻激光器分別進行了連續(xù)光干涉與脈沖光干涉實驗,通過細致調(diào)節(jié),獲得良好的干涉條紋。提出了一種效率更高的耦合系統(tǒng)設計方案,光光效率可達22%。運用機械設計軟件設計了整套激光器零部件,并制造了的聲光調(diào)Q倍頻激光器樣機,對該激光器的輸出功率曲線及脈沖寬度進行了測試,發(fā)現(xiàn)光光效率可以達到27%,脈沖寬度為4.2ns,對其輸出功率的波動原因進行了分析并提出改進方案。利用刀口法測出該激光器的遠場發(fā)散角為7.2mrad。對激光擴束系統(tǒng)進行了研究,提出了一套對50×的折射式擴束系統(tǒng)進行改進的方案。經(jīng)采用Zemax軟件優(yōu)化設計,最終獲得了40×的三片式激光擴束系統(tǒng),對其參數(shù)進行了分析預計該系統(tǒng)具有很好的擴束效果。對光學成像系統(tǒng)在實驗室中進行了研究,根據(jù)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)實際需求的成像系統(tǒng)應當滿足:主光線角小于7°,由多個透鏡組成且透鏡位置固定,焦距150mm,盡量減小像差。之后采用Zemax軟件進行設計優(yōu)化得到一款三片式成像系統(tǒng),對其參數(shù)分析,預計該系統(tǒng)能夠很好的滿足使用要求。運用機械設計軟件設計了一整套干涉檢測設備,以激光器、Mach-Zehnder干涉儀、激光擴束系統(tǒng)及光學成像系統(tǒng)為部件,組建了干涉檢測系統(tǒng)。進行了現(xiàn)場測試,通過CCD可以觀察到爆炸腔充入惰性氣體的過程,發(fā)現(xiàn)在充氣過程中由于氣流擾動會導致條紋紊亂。對金屬絲爆炸并擴散的動態(tài)過程進行了觀測,發(fā)現(xiàn)膨脹速度最高可達5km/s,全部覆蓋爆炸區(qū)需要50μs。此外,還觀察到由于金屬絲扭曲而產(chǎn)生的爆炸分支現(xiàn)象。測試數(shù)據(jù)表明所研制的設備完全能夠滿足對生產(chǎn)過程進行檢測的需求。
【關鍵詞】：Nd:YAG激光器 調(diào)Q 倍頻 擴束 光學成像系統(tǒng) Mach-Zehnder干涉儀
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符號對照表12-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 選題意義與創(chuàng)新16
• 1.2 電爆炸法的基本原理16-17
• 1.3 等離子體診斷方法17-18
• 1.4 固體激光簡介18-19
• 1.5 本文內(nèi)容及章節(jié)安排19-20
• 第二章 激光器及光學設計理論基礎20-40
• 2.1 Nd:YAG晶體基本特性20-22
• 2.2 速率方程22-24
• 2.3 光學諧振腔24-26
• 2.4 聲光調(diào)Q技術(shù)26-32
• 2.4.1 調(diào)Q技術(shù)簡介26-27
• 2.4.2 聲光調(diào)Q基本原理27-32
• 2.5 倍頻技術(shù)32-33
• 2.6 光學設計方法33-39
• 2.6.1 像差簡要介紹33-37
• 2.6.2 光學設計流程37-39
• 2.7 本章小結(jié)39-40
• 第三章 激光器與光學檢測設備光路的設計及實驗研究40-62
• 3.1 激光器參數(shù)設計40-41
• 3.2 激光器參數(shù)設計的實驗驗證41-48
• 3.2.1 激光器調(diào)Q實驗研究42-45
• 3.2.2 倍頻激光器實驗研究45-48
• 3.3 激光干涉實驗48-51
• 3.3.1 連續(xù)光的干涉49-50
• 3.3.2 納秒量級脈沖光的干涉50-51
• 3.4 激光器正式樣機的設計制造與測試51-56
• 3.4.1 設計制作52-54
• 3.4.2 參數(shù)測試54-55
• 3.4.3 測試結(jié)果分析55-56
• 3.5 干涉檢測設備光路的設計搭建與現(xiàn)場測試56-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第四章 激光擴束系統(tǒng)設計62-74
• 4.1 激光擴束系統(tǒng)的作用及種類62-65
• 4.1.1 折射式擴束系統(tǒng)62-63
• 4.1.2 反射式擴束系統(tǒng)63-65
• 4.2 激光擴束系統(tǒng)的原理65-69
• 4.2.1 折射式激光擴束系統(tǒng)原理65-66
• 4.2.2 反射式激光擴束系統(tǒng)原理66-69
• 4.3 光學設計69-73
• 4.3.1 主要設計參數(shù)69
• 4.3.2 設計與優(yōu)化69-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第五章 光學成像系統(tǒng)設計74-84
• 5.1 濾光片74-75
• 5.2 CCD75
• 5.3 單個透鏡的成像效果分析75-78
• 5.4 光學成像系統(tǒng)設計78-82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第六章 總結(jié)84-86
• 參考文獻86-90
• 致謝90-92
• 作者簡介92-93

【參考文獻】

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本文編號：574109