光学元件波前梯度均方根与焦斑尺寸的关系

在高功率固体激光装置中，大口径光学元件的波前引入的低频相位畸变对激光的焦斑尺寸有很大的影响。光学元件的波前梯度均方根（GRMS）是衡量波前低频相位畸变的重要指标。过去的研究主要通过数值模拟的手段，获得GRMS值与焦斑尺寸的对应关系。通过理论分析，对GRMS值的求法提出了修正，并推导了修正后GRMS值与焦斑尺寸的解析式。

高功率光学元件校正波前的梯度均方根指标

对高功率固体激光装置中,光学元件波前经过变形镜校正后的梯度均方根指标开展了研究。建立了变形镜校正效果的等效分解方法,分析了校正波前的部分相干叠加特性,对校正波前的梯度均方根与焦斑尺寸的对应关系进行了研究。解决了在有变形镜校正时,如何制定元件波前梯度均方根指标的问题。研究结果对高功率固体激光装置的光学元件波前指标制定有指导意义。

大口径平面光学元件波前梯度数控抛光

针对改善光学元件的波前梯度均方根指标,在总结面形精度及面形分布对波前梯度指标影响规律的基础上,提出了基于匀滑面形拟合加工的方法,给出了该方法的基本思想和工作流程。首先,对原始面形数据进行扫描计算,标记波前突变数据。然后,采用NURBS拟合算法重构相邻面形突变点之间的数据,生成用于指导加工的面形数据。最后,根据待加工面形数据选择相应参数进行面形加工。采用多件610mm×440mm口径K9材料平面反射镜进行实验验证。实验结果表明,使用该方法进行数控加工,在2~3个加工周期内可使波前梯度均方根指标从11nm/cm收敛至7.7nm/cm以内,且面形几乎保持不变。

光学元件波前梯度的数值计算方法

惯性约束聚变系统中光学元件的波前梯度均方根是一个关键参数,对其数值计算涉及到的空域处理、频域滤波及梯度算法等关键技术进行了理论分析。分别采用最简单差分算法、中心差分算法、最小二乘拟合算法、“五点法”对实测波前数据进行了梯度均方根值计算。结果表明波前数据的空域处理采用Quadflip技术较为合适;频域滤波器的选用上应着重考虑滤波的有效性。对于原始波前,4种算法计算梯度均方根值的差别小于0.01λ/cm(λ=632.8nm);而对于截止频率为0.0303线/mm的低通滤波后波前,其差别小于0.001λ/cm,该差别对计算结果的影响可以忽略。