【摘 要】
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在高功率激光系统中,激光波前参数是用于系统特性评价的重要指标,随着我国惯性约束聚变(ICF)高能激光装置的规模越来越大,装置对运行的单发次激光波前的测量及精密调控要求越来越高,因此对瞬态波前高精度测量提出了迫切需求。然而,传统相移干涉测量技术需要多幅相移的干涉图,达不到瞬态测量的要求;基于空间载频的傅里叶变换无法实现采样间隔的自定义,对宽带光场的信息提取精度差。为了实现宽带瞬态激光波前的相位恢复,
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
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在高功率激光系统中,激光波前参数是用于系统特性评价的重要指标,随着我国惯性约束聚变(ICF)高能激光装置的规模越来越大,装置对运行的单发次激光波前的测量及精密调控要求越来越高,因此对瞬态波前高精度测量提出了迫切需求。然而,传统相移干涉测量技术需要多幅相移的干涉图,达不到瞬态测量的要求;基于空间载频的傅里叶变换无法实现采样间隔的自定义,对宽带光场的信息提取精度差。为了实现宽带瞬态激光波前的相位恢复,文章对宽带瞬态径向剪切干涉激光波前测量技术研究进行了深入的研究。本论文的主要研究内容如下:一、系统阐述了基于空间载频傅里叶变换的径向剪切干涉条纹理论模型。该模型主要由四部分组成,分别是:径向剪切干涉模型及原理、基于空间载频傅里叶变换(FFT)的剪切波前计算方法、相位解卷绕方法以及迭代相位重构方法。二、关于瞬态径向剪切干涉相位恢复的特性研究,主要包括两部分内容:(1)分析了载频和径向剪切比对相位恢复结果的影响;并对剪切比与径向剪切干涉的相对灵敏度和测量动态范围的关系进行了进一步的研究。最佳的径向剪切比随着待测波前的PV值的增大而增大;径向剪切比越大,测量动态范围越大,相对灵敏度越低;相反,剪切比越小,动态范围越小,相对灵敏度越高。(2)建立了基于空间载频的径向剪切干涉相位恢复带宽理论模型,其中对可实现宽带相位恢复的最佳载频和计算窗进行了重点分析。三、提出了基于线性调频Z变换(CZT)的宽带瞬态径向剪切干涉波前相位恢复方法。通过引入CZT来实现频域间隔的自定义,结合CZT算法与文章提出的最佳载频和计算窗模型,给出了相应的波前相位恢复算法。通过仿真模拟得出结论:基于CZT的宽带相位恢复方法的恢复精度相比于传统FFT提高了一个数量级。四、对本文研究内容进行了实验研究,设计并搭建了环形径向剪切干涉的实验验证装置。通过宽带相位恢复方法对实际的径向剪切干涉条纹进行分析,该方法相比于传统FFT的波前相位恢复精度提高了一个数量级,该结论与理论仿真结果基本一致。除此之外,文章所提的宽带相位恢复方法还适应用于其他剪切干涉类型。
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