论文部分内容阅读
高功率激光驱动器装置具有光束口径大、光路长、元件数量多、结构精密等特点,同时物理实验对光束稳定性性能有十分苛刻的要求。如何分析和提升光束的稳定性一直是高功率激光驱动器装置中非常重要的研究课题,由此延伸出的光机系统的结构动态稳定性问题也备受人们关注。鉴于高功率激光驱动器的光学元件数目众多,如何系统地考虑元件结构参数与光束稳定性之间的关系理应成为我们需要考虑的问题。然而,一直以来结构稳定性的分析都是以单一元件作为对象,而忽略了元件间的内在联系。为此,需要一种新的分析方法,用来了解元件结构参数之间的关联性,建立结构参数与系统光束稳定性之间的关系模型。利用这一模型,可以研究多元件系统的光束稳定性问题,并对多元件系统的光束稳定性性能进行整体意义上的优化。本文就是围绕这一目的进行的研究总结,主要完成了以下几个方面的理论研究工作:
1.以高功率激光装置中的典型单元件光机系统为对象,分析了各组件结构参数关系与结构振动响应之间的联系。对以往结构分析设计中常被忽略的振型方向和模式问题进行论述,并利用模态理论分析了光学元件模态振型的不同方向和模式对光束定位误差的影响差异,由此,建立起结构运动的“主要方向”和“关键模态”的概念。
2.利用关键模态的概念,分析了单元件结构在关键模态下的运动规律。结合概率密度分析和失调光学矩阵,获得了多元件系统光束定位误差的概率密度分布情况。并基于此提出一种基于动态分布的光束稳定性分析方法,该方法能够建立起多元件结构参数与系统光束定位误差之间的关系。随后,通过高功率激光装置的设计实例对如何应用这一方法进行了解释说明。结果表明,该方法可以在传统方法基础上,进一步改善区间内的分布情况,以此提高系统的光束稳定性。
3.提出将像传递概念应用于光束定位误差分析和综合工作中去的思路。将激光在高功率激光器中的传输过程,看成是小孔像点在系统中的逐级传递,并将各级光束定位误差最终统一到我们所关注的靶点处系统的光束定位误差上。利用这一方法,对神光Ⅱ升级装置的重要子系统:预放大系统和四程放大系统进行分析,重点讨论了从光学元件振动位移这一原始误差到系统光束定位误差的误差传递过程,即元件运动的灵敏度分析。这一分析与之前的原始误差、误差概率密度分布的分析一起,组成了误差分析的三个重要环节,完善了整个分析的过程。此外,将分析结果与传统灵敏度计算结果进行了对比,讨论了两种方法的差异以及各自的适用范围。结果表明,传统方法具有较大的局限性,只能用作估算场合。对于实际的高功率激光装置,尤其是神光Ⅱ升级装置来说,在实际应用中采用何种方法必须慎重考虑。
本论文的主要工作虽是在理论和方法方面的探索,但对实际工作有一定的参考价值,有助于指导我们更加优化地设计高功率激光驱动器。