大口径光学元件中频波前的检测

大口径光学元件中频波前的准确评价已成为高功率激光系统中关注的焦点,元件中频波前均方根值是重要评价指标之一。根据波前中频检测频段及波前检测设备频响特性,将波前的中频区域分为两个检测频段,分别采用干涉仪和光学轮廓仪实现了中频波前均方根值的检测。采用大口径干涉仪可实现全口径波前中频区域低频段波前的检测,通过比对大口径干涉仪和采用小口径干涉仪结合分块融合平均方法的检测结果,提出采用分块融合平均方法也可检测相应频段全口径波前均方根。采用光学轮廓仪通过离散采样的方法检测大口径元件中频区域高频段波前均方根,针对不同离散采样方式的实验结果表明:3×3的采样方式能满足对410mm×410mm口径元件中频区域高频段波前均方根的检测。

大口径平板中频波前均方根的测量方法

在高功率激光系统中,大口径元件的中频波前影响系统的安全运行,中频波前均方根(PSD1)是用来评价中频波前质量的关键参数。由于大口径干涉仪在系统传递函数(STF)上不能完全满足中频波前的检测要求,提出采用小口径高分辨率干涉仪检测的统计分析方法,建立了统计理论模型,分析了测量不确定度。建立了子区域PSD1检测装置,提出了子区域倾斜补偿法,提高了检测精度。理论及实验结果表明针对400mm×400mm分析区域,子区域数量设置为4×4,置信水平为95.4%时,测量不确定度为±0.266nm。该方法与大口径干涉仪检测法的对比实验表明,400mm×400mm分析区域内检测结果偏差小于5%。子区域统计分析法是对大口径干涉仪检测法的有益补充,对先进光学制造工艺的优化具有重要的参考价值。

高功率固体激光器中大口径光学器件波前误差的建模及控制方法

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其面形精度特点出发,对其波前误差进行了精细化建模分析,分别研究了粗糙度、纹波度和轮廓度的波前误差模型。在此基础上,进一步针对如何在装校过程中将装配应力产生的波前误差控制在合理范围内的问题,提出了方均根梯度与峰谷值相结合的波前误差评价和控制方法,并通过实验验证了其可行性,以期为我国神光-III主机装置大口径反射镜装校过程中波前误差控制提供科学指导方法。

不同波前畸变对连续相位板焦斑的影响

为了提高惯性约束聚变(ICF)系统中的焦斑质量,达到靶面辐照均匀性的苛刻要求,系统需要采用束匀滑技术。由于连续相位板(CPP)能灵活控制焦斑形状,且衍射效率高等自身特点,得到了极大推荐。在实际使用过程中,由于光学系统中的多种因素可能造成激光束波前畸变,这将影响连续相位板的匀滑效果。建立了全频段波前畸变激光束的传输与远场的关系,给出了86%的能量焦斑尺寸与低频波前畸变峰谷值和连续相位板面形峰谷值比值的关系,以及86%能量焦斑尺寸与低频畸变波前的均方根梯度值的关系。根据该关系,可以找到波前控制的范围。

中频波前均方根计算的空域预处理方法研究

中频波前均方根(PSD1)是用来评价光学元件中频段波前质量的关键参数,在对其进行数值计算之前,需要对波前数据进行频率域滤波。滤波后的数据易导致待测区域内、外的数据截断,引入较大的边缘高频误差与吉布斯噪声,从而严重影响了计算准确度。为了减小数据截断带来的影响,通过对边缘截断的数据做趋优填充,减少截断区域内外的空间频率突变。通过对现有的空域预处理方法进行对比,提出了一种四向扩展平均算法。经试验验证,所提出的方法可以较好地还原光学元件的中频段面形,显著提高PSD1测量准确度,试验表明所提出的方法较标准值的误差平均值小于5%。