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共光路\共模块自适应光学与位相畸变光束变频过程研究/国防科学技术大学全国优秀博士学位论文丛书

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共光路\共模块自适应光学与位相畸变光束变频过程研究/国防科学技术大学全国优秀博士学位论文丛书

最 低 价:¥17.60

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作 者:侯静

出 版 社:国防科技大学出版社

出版时间:2007-07-01

I S B N:9787810994163

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  本论文全面系统地对共光路/共模块(Common Path/Common Mode)自适应光学进行了理论和实验研究,主要针对系统关键器件、数据融合处理、全系统闭环实现以及误差分析等进行了深入地分析,成功实现了CP/CM系统闭环实验;同时针对惯性约束核聚变(]EF)系统中非线性光学变频过程进行了研究,重点对位相畸变光束倍频过程作了理论数值模拟和实验工作。。

内容简介

  本论文全面系统地对共光路/共模块(Common Path/Common Mode)自适
  应光学进行了理论和实验研究,主要针对系统关键器件、数据融合处理、
  全系统闭环实现以及误差分析等进行了深入地分析,成功实现了CP/CM系统
  闭环实验;同时针对惯性约束核聚变(]EF)系统中非线性光学变频过程进行
  了研究,重点对位相畸变光束倍频过程作了理论数值模拟和实验工作。
         自适应光学进行光束大气传输波前畸变校正时,要求系统必须能进行
  光束净化和校正大气湍流造成的波前畸变,并且能够同时有效地克服发射
  系统制造误差、重力变形以及光路内部气体扰动的影响,得到接近衍射极
  限的输出激光光束。常规自适应光学系统往往仅能有针对性地校正其中某
  一部分,而CP/CM自适应光学正是针对以上弱点提出的自适应光学新技术。
     它能实现全光路像差的探测与校正,对提高系统的集成性和可靠性有十分
  重要的意义。
         根据不同的应用环境,本文提出了4种CP/CM衍生光路;进行了关键器
  件——角反射器阵列的保真度分析,给出了角反射器阵列作为伪位相共轭
  器件,与哈特曼一夏克波前传感器的匹配条件,认为角反射器阵列的布局
  要与哈特曼波前传感器的微透镜阵列布局完全对应,才能达到最优探测效
  果;提出了4种双哈特曼波前传感器控制一套波前校正器的数据融合方式,
  并逐一进行了分析,认为加修正因子斜率融合和电压融合方式在目前工程
  中是适用的,并进行了相应的数值模拟;给出了哈特曼波前传感器自身的
  调整误差分析过程,得到了误差可通过常规标定消除的判断依据;通过数
  值计算,得到了常规和CP/CM两种自适应光学系统中哈特曼波前传感器和变
  形镜的对准误差对系统性能的影响,给出了两种系统对于不同对准误差情
  况下校正效果的变化情况和相应系统容限;以37单元自适应光学系统为基
  础,搭建了CP/CM自适应光学系统光路,并完成了系列CP/CM功能实现实验
  ,运用双哈特曼波前传感器数据融合方法,首次成功实现了CP/CM自适应光
  学系统的闭环实验。
         这部分工作为CP/CM自适应光学展现了很好的应用前景,为后续CP/CM
  自适应光学真正走向工程实际应用打下了坚实的理论和实验基础。
         在惯性约束核聚变(ICF)研究中,激光核聚变通常使用非线性光学方法
  将基波转换成二次或三次谐波,并实现多路激光束精确射向靶丸,那么,
  就要重点控制变频器件的光束转换和出射光束的质量。自适应光学也被引
  入用以保证其光束质量,但变频过程中基波的位相畸变对于转换效率、打
  靶光束的光强分布和位相分布都有怎样的影响,是目前急需解决的问题,
  这不仅决定了自适应光学系统的设计,同时对整个惯性约束系统来说也是
  重要课题之一。因此,我们又对位相畸变光束变频过程作了研究,其中重
  点对倍频过程中基波位相畸变对转换效率、谐波的光强分布和位相分布的
  影响进行了理论、数值模拟和实验方面的工作。
         首次从三维三波相互作用方程组推导得到了位相畸变光束倍频的小信
  号解;通过建立三维数值模型,编写相应仿真程序,首次得到了位相畸变
  光束倍频过程的大量计算结果,深入细致地研究了位相畸变光束经非线性
  光学频率变换后谐波的转换效率、光强分布、位相分布以及影响它们的各
  种因素;得出谐波的远场发散角和光斑二阶矩的变化规律会因为基波像差
  的不同而不同,但谐波的远场发散角明显地比相应基波小的结论;得到了
  在走离效应和衍射效应等许多影响因素可以忽略的情况下,位相畸变传递
  到二次谐波的估算式;举例分析了ICF中KDP三倍频方案中,基波位相畸变
  对二次谐波和三次谐波的影响;实验中,用哈特曼波前传感器分别对
  1064nm倍频过程和790nm飞秒超短脉冲倍频过程中的基波和谐波的位相分布
  进行了测量,给出了相应结果。研究结果表明位相失配和走离效应是影响
  谐波位相的重要因素;像差在非线性光学过程中传递结果不是线性叠加的
  ,而是非线性的。
         通常三波相互作用过程的研究均是建立在平面波和理想高斯光束之上
  ,因此我们对于位相畸变倍频过程的研究也是非线性光学领域一个重要而
  有意义的前沿课题,它有助于人们更加深入理解非线性光学效应,为进一
  步合理利用之奠定了理论和实验的基础。

作者简介

  侯静,女,1975年11月出生,汉族,四川成都人,2002年由国防科技大学和中国科学院光电技术研究所联合培养获得博士学位。现为国防科技大学光电科学与工程学院副教授,硕士生导师,主要研究方向是自适应光学、光纤激光及其合成技术。
      近年来,发表论文20余篇,获得国家发明专利授权3项,博士学位论文获得2003年全军优秀博士学位论文及2005年全国优秀博士学位论文提名奖。2007年,受国家留学基金委资助,以访问学者的身份派往英国BATH大学物理系光子与光子材料中心访问1年。

目录

  摘  要
  第一部分  综述
  第一章  前  言
    1.1  自适应光学的发展动态
    1.2  非线性光学——三波相互作用过程的研究动态
    1.3  本论文主要內容
    参考文献
  第二章  自适应光学理论
    2.1  自适应光学系统基本组成
      2.1.1  波前传感器
      2.1.2  波前校正器
      2.1.3  波前控制器
    2.2  波前复原算法
      2.2.1  Zemike模式法
      2.2.2  直接波前斜率法
      2.2.3  特性评价指标
    2.3  控制模型
    参考文献
  第三章  三波相互作用基本原理
    3.1  晶体的非线性光学效应
    3.2  位相匹配条件
    3.3  三波耦合方程组
      3.3.1  一维模型
      3.3.2  三维模型
    参考文献
  第二部分  共光路/共模块自适应光学研究
  第四章  共光路/共模块自适应光学理论研究
    4.1 CP/CM自适应光学基本原理及衍生光路
      4.1.1  CP/CM自适应光学基本原理
      4.1.2  CP/CM衍生光路
    4.2  角反射器阵列作为伪位相共轭器件的保真度分析
      4.2.1  角反射器阵列作为伪位相共轭器件原理
      4.2.2  保真度分析
      4.2.3  设计和制造角反射器阵列应考虑的因素
    4.3  角反射器阵列与哈特曼一夏克波前传感器的匹配
      4.3.1  角反射器阵列与哈特曼-夏克波前传感器的单元数目的匹配
      4.3.2  角反射器阵列单元和哈特曼-夏克传感器的子孔径位置的对应
    4.4  双哈特曼数据融合方法
      4.4.1  双哈特曼数据融合的几种方法
      4.4.2  双哈特曼数据融合特性指标分析
    4.5  哈特曼-夏克波前传感器自身调整误差分析
      4.5.1  理论分析
      4.5.2  调整误差分析
      4.5.3  数值模拟仿真
    4.6  哈特曼-夏克波前传感器与变形镜的对准误差
      4.6.1  常规自适应光学系统
      4.6.2  CP/CM自适应光学系统
    参考文献
  第五章  共光路/共模块自适应光学系统实验
    5.1  实验装置
  
    5.2  伪位相共轭补偿位相畸变实验
    5.3  位相探测的准确性实验
    5.4  分光镜镜面变形探测实验
    5.5  CP/CM自适应光学系统分解光路闭环实验
    5.6  CP/CM自适应光学系统全光路原理性闭环实验
    参考文献
  第三部分  位相畸变光束变频过程研究
  第六章  位相畸变光束的变频过程理论及数值分析
    6.1  位相畸变光束倍频小信号理论
      6.1.1  小位相畸变小信号解
      6.1.2  小位相畸变信号解
      6.1.3  举例分析
    6.2  数值模拟
      6.2.1  数值模拟模型的建立
      6.2.2  计算结果与结论
    6.3  二次谐波的远场发散角和光斑二阶矩
      6.3.1  远场发散角
      6.3.2  光斑二阶矩
    6.4  三倍频过程研究
      6.4.1  理论与计算模型
      6.4.2  数值模拟结果
    参考文献
  第七章  位相畸变光束的倍频过程实验
    7.1  实验装置
    7.2  位相分布测量实验结果
      7.2.1  1064nm借频光束位相分布测量买验
      7.2.2  790nm超短脉冲倍频光束位相分布测量实验
    7.3  结论
  第四部分  结束语
  第八章  总结
    8.1  主要研究內容及结论
    8.2  主要创新点
    8.3  研究意义
    8.4  后续工作展望
  致谢
  攻读博士学位期间取得的成果
  后记

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