目前,基于波前傳感器的自適應光學系統(tǒng)可以高效、穩(wěn)定的對光束進行凈化,是高能激光系統(tǒng)光束質量提升的主要手段,但是該方法需要波前測量,系統(tǒng)體積龐大,難以滿足小型化的需求,而且對信標源也有較高的要求,閉環(huán)帶寬提升困難。為了解決上述問題,本文提出了一種利用變形鏡本征模式和遠場光斑的特征進行處理分析的無波前自適應光學系統(tǒng),對激光器輸出的方形激光光束進行校正。該方法舍棄了波前傳感器環(huán)節(jié),成本較低,體積較小,具有廣闊的應用前景。本論文以激光器輸出的波長為1064nm的方形光束作為光束凈化對象,從變形鏡影響函數的數學表達式和測量得到的遠場光斑光強信息的特征出發(fā),完成對激光器輸出的光束進行光束凈化的理論研究和仿真驗證,并對該方法的校正效果進行實驗驗證,同時對部分影響因素進行分析。介紹了自適應光學系統(tǒng)的組成部分,帶有波前傳感器和無波前傳感器的自適應光學校正系統(tǒng)常用的校正像差方法,說明無波前傳感校正系統(tǒng)的優(yōu)勢,闡明本課題的研究目的及意義。詳細闡述了基于變形鏡本征模式和遠場光斑測量的無波前傳感器自適應光學系統(tǒng)校正方法的基本原理,對校正系統(tǒng)的評價函數、變形鏡本征模式、模式系數和校正電壓的計算過程進行推導。針對實... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１自適應光學系統(tǒng)結構圖??在２０世紀７０年代，美國對自適應光學系統(tǒng)進行／研究，他們成功研發(fā)出多種樣機??Ｉ??

水平傳輸激光中的大氣湍流等效應進行校正，??大大提高了激光光束的能量集中度，達到了接近衍射極限的效果［７］。１９８２年，美國研制??出第一臺帶有自適應光學系統(tǒng)的口徑為１．６米的望遠鏡，該望遠鏡用來觀察空間目標，??加入Ａ０系統(tǒng)后，提高了成像的分辨率１９８９年，普羅旺斯天文臺上的大型天文望遠??鏡中使用了?Ａ０系統(tǒng)，該望遠鏡口徑為１．５２ｍ，成功地校正了波長處于紅外波段的波前??像差ｍ。１９９１年，美國逐漸的對軍方所掌握的Ａ０技術解密，這一舉動促進了?Ａ０系統(tǒng)??在民用領域的快速發(fā)展。圖１．２為自適應光學系統(tǒng)概念圖以及Ｋｅｃｋ望遠鏡采集到的校??正前后天王星圖像。??Ｑ??ＡｉｍｏｅｐｒｗＫ?Ｕ＾ｕｔｅｎｃｅ??ｗａｖｅｆｒｏｎｔ??■?—＊—??！……—??ｉ?＊?？??＼?Ｂｅａｍｐｉｍｅｆ??；?＊、＼?ｎ??Ｒｅｔｆ－ｉｈｎｅ??ｊ／ｆ??／％?／ｌＪ??／Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ?ｒｗａｕｔｏｒ?ｎ？＾??園ｉ……：腳＾?ＨＨＨ｜！??圖１．２自適應光學系統(tǒng)概念圖以及Ｋｅｃｋ望遠鏡采集到的校正前后天王星圖像ｌｌ）ｌ??１９７８年，我國開始對自適應光學進行研究。中國科學院光電技術研究所在１９７９年??深入開展了該技術的學習。１９８５年，該團隊研制了?１９單元激光波前校正系統(tǒng)，該系統(tǒng)??被應用在“神光Ｉ?”激光核聚變裝置上，校正后的靜態(tài)光斑能量集中度大大提高［ＩＱ］。校?丨??正前后的光斑能量分布如圖丨．３。１９９０年，云南天文臺將一個２１單元的校正系統(tǒng)與１．２ｍ??望遠鏡組合起來，該校正系統(tǒng)可以對動態(tài)的波前誤差進行校正，成功校正了用望遠鏡觀??察自然星體時引入的大氣湍流。２０００

?基于變形鏡本征模式和遠場測量的自適應光學系統(tǒng)實驗研究???的周仁忠等人，在《自適應光學理論》和《自適應光學》兩本書中，對自適應光學的基??本知識以及發(fā)展情況等進行了詳細的介紹１Ｕ２－１３１。??圖１．３自適應光學校正前后的“神光Ｉ”?ＬＦ１２裝置的焦斑能量分布??近年來隨著各個相關學科的迅速發(fā)展，丨＇丨迠應光學技術也取得／屯大的突破，逐漸??的被應用到了各個領域和各行各業(yè)。大型地基天文望遠鏡方面，３０米口徑天文望遠鏡計??劃中變形鏡的致動器數量將超過５０００個。在高能激光系統(tǒng)中，自適應光學技術分為腔??內校正和腔外校正。腔內校正是在激光腔內加入ＡＯ系統(tǒng)，用來補償增益介質分布＋均??勻以及在組裝光學系統(tǒng)時引入的誤差；腔外校正是指激光器輸出光朿后，山于人氣湍流??等效應造成／光束質坫變差等問題，對此畸變光束進行校正｜１４１。２０１３年，中國工程物理??研究院應用電子學研宄所設計研制了主動光束質量閉環(huán)控制ＡＯ系統(tǒng)，將ＭＯＰＡ系統(tǒng)??輸出光束的遠場光束質量３因子從幵環(huán)７．４降低到４．０６１１５１。２０１５年，該團隊利用ＡＯ系??統(tǒng)補償非穩(wěn)腔內像差，從輸出鏡耦合輸出的環(huán)形光束光束質量日因子從１１．６降低到??２．６１１６１。２０１８年，該團隊實現了?Ｙｂ：ＹＡＧ板條固體激光器２２．３ｋＷ的功率輸出，應用ＡＯ??技術使光束質量３因子達到３．３倍衍射極限【１７１。ＡＯ系統(tǒng)也可以用在空間遙感成像系統(tǒng)??以及偵察衛(wèi)星的大氣湍流效應校正、屮｜｜８１；作慣忡約束聚變裝置，多光路激光合成過程??中，每一路激光都會帶有像差，復雜的裝置導致該系統(tǒng)的波前像差非常大，嚴重影響輸??出的光束質量，在這種情況下，ｎ適應光學系統(tǒng)能夠有效地校正這種像差

【參考文獻】：
期刊論文
[1]自適應光學發(fā)展綜述[J]. 姜文漢.  光電工程. 2018(03)
[2]模型式無波前探測自適應光學系統(tǒng)抗噪能力分析[J]. 楊慧珍,王斌,劉瑞明,馬良.  紅外與激光工程. 2017(08)
[3]基于變形鏡本征模式的方形孔徑激光光束凈化[J]. 王瑞,董冰.  中國科技論文. 2017(05)
[4]點目標下基于變形鏡本征模式的無波前傳感器自適應光學系統(tǒng)[J]. 王瑞,董冰.  中國激光. 2016(02)
[5]無源非穩(wěn)腔內非共軛像差補償研究[J]. 蔡海動,尚建力,蘇華,吳晶,于益,安向超,王小軍,萬敏.  中國激光. 2015(11)
[6]基于變形鏡本征模式的空間光學遙感器波前誤差校正方法研究[J]. 喻際,董冰.  光學學報. 2014(12)
[7]固體板條MOPA激光光束質量主動控制[J]. 向汝建,何忠武,徐宏來,雒仲祥,杜應磊,盧飛,胡浩,周文超.  強激光與粒子束. 2013(02)
[8]基于隨機并行梯度下降算法的湍流像差校正仿真[J]. 馬慧敏,張京會,張鵬飛,范承玉.  紅外與激光工程. 2011(09)
[9]中國科學院光電技術研究所的自適應光學研究進展[J]. 姜文漢,張雨東,饒長輝,凌寧,官春林,李梅,楊澤平,史國華.  光學學報. 2011(09)
[10]高分辨率空間光學系統(tǒng)位置誤差的無波前傳感綜合校正[J]. 韓杏子,胡新奇,俞信.  光學學報. 2011(06)

博士論文
[1]激光大氣傳輸中無波前探測校正技術的數值仿真研究[D]. 王志強.中國科學技術大學 2018
[2]高能固體板條激光器光束質量主動控制技術研究[D]. 向汝建.中國工程物理研究院 2015
[3]壓電厚膜驅動的變形鏡技術研究[D]. 馬劍強.中國科學技術大學 2012

碩士論文
[1]自適應光學快速迭代控制算法研究與實現[D]. 段倩.電子科技大學 2018
[2]無波前傳感自適應光學原理系統(tǒng)設計與實現[D]. 王曉斌.西安電子科技大學 2017
[3]基于變形鏡本征模式的無波前傳感器自適應光學校正方法研究[D]. 喻際.北京理工大學 2015
[4]空間光通信高速傾斜反射鏡帶寬提高方法研究[D]. 劉勝長.長春理工大學 2009



本文編號：3380775