论文部分内容阅读
用于惯性约束核聚变的高功率激光器为了尽可能地提高输出能量，对光学元件波面质量提出了很高的要求。波面误差巾，空间周期位于0.12～33 mm之间的为中频波面误差。中频波面误差严重威胁高功率激光系统的安全运行，是光束非线性小尺度自聚焦的重要诱因，并且影响终端光斑质量。功率谱密度(PSD)函数是一种基于傅里叶分析的方法，可以量化各个空间频率区间的误差，被用于中频波面误差的评估。 基于高功率激光器对中频误差控制的需要，本文致力于光学元件波面功率谱密度检测方向的研究。使用干涉仪检测光学元件波面误差，通过傅里叶变换获得PSD函数分布。干涉仪固有的低通滤波特性会造成中高频信息的丢失，如何获得相对真实的PSD分布，是本文主要研究的问题之一。此外，对于干涉仪检测到的波面误差数据，怎样有效地提取出其中的中频波纹信息，也是本文主要论述的问题。具体包括以下几方面的内容: 1.详细推导了PSD的定义及数值计算方法，分析了一维和二维PSD的区别和联系。通过对不同空域特征的光学元件进行检测，探究波面误差中频波纹特征和PSD分布之间的关系。实验结果表明:PSD分布上的尖峰是光学元件中频波面误差的反映，尖峰的空间频率和高度分别由波纹的周期和深度所决定。 2.给出了PSD数值计算流程。介绍了利用双线性插值法和外推法对相位数据中的无效点进行插值填充。对波面相位数据添加汉宁窗，以减小边缘数据截断效应产生的吉布斯噪声，并对修正因子进行了推导。详细介绍了利用二维PSD求取一维PSD坍陷的原理和计算方法。在理论和实验上研究了二维和一维PSD和测量孔径尺寸之间的关系。 3.为了探究不同干涉仪对中频误差的响应规律，获得相对真实的PSD分布，分别利用4D AccuFiz、ZYGO DynaFiz以及ZYGO GPI三台干涉仪检测周期性波纹和划痕样品，对一维实测PSD曲线进行了对比分析。实验结果表明不同干涉仪对中高频信息的响应度相差较大，干涉仪分辨率越高，响应度也越高。利用仪器传递函数（ITF）曲线对实测PSD分布进行了修正，获得了较为真实的PSD分布。但在某些频率范围内，标定的ITF曲线和实际响应出现差异，造成PSD修正值可信度下降。