[發明專利]強激光系統光學制造誤差與光束質量關系的定量分析方法

無效

• 申請號: 200810030820.X
• 申請日: 2008-03-14
• 公開（公告）號: CN101241042A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 李圣怡;戴一帆;王貴林;楊智;吳冬良;吳宇列;陳善勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01B11/00
• 代理公司: 長沙恒熙知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉熙

技術領域

本發明屬于光學評價方法，涉及用于強激光系統中的光學元件制造誤差與光束質量之間定量關系的分析方法。

背景技術

在強激光系統中，通過發射光學系統將激光束輸出到遠場焦面上，從而減小發散角，并通過聚焦光學系統將激光束聚焦，以實現高聚能要求。光學元件在制造過程中存在面形誤差，按照小尺度自聚焦理論，光學元件制造誤差將形成對光場振幅和相位的微小擾動，經過傳輸后，由于非線性增長，振幅和相位的擾動都將形成對光強的調制；光學元件中頻、高頻誤差作為光束強度和相位擾動的噪聲源，也是造成焦斑旁瓣和非線性自聚焦破壞的主要根源之一。常用于評價光束質量的參數除了斯特列爾比外，還有M²因子、遠場發散角和環圍能量比等；與其它的指標相比，環圍能量比更適用于能量輸送、耦合型應用場合。針對光學元件制造誤差與光束質量的定量關系進行分析，對于提高強激光系統的工作性能，合理設計和控制小磨頭數控加工、磁流變研拋、離子束拋光等確定性加工條件下光學元件的制造誤差具有重要意義。

美國在研制激光ICF工程“國家點火裝置(NIF)”的過程中，LLNL實驗室提出了評價光學元件制造誤差的新方法：采用誤差梯度GRMS來表征面形誤差的低頻段，但它沒有給出與光束質量指標的定量關系表達式。中國科學院光電技術研究所從光學元件制造誤差的頻域分布入手，利用功率譜密度函數PSD、點衍射函數來分析環圍能量，以確定相應頻段誤差范圍內的能量損失情況，進而評價光學元件的合格性；但這種方法基于頻域分析，給出的是一種整體性評價結論，無法確定光學元件誤差梯度和遠場光強的分布特性，從而不能為下一步進行光學修正加工提供指導。

在強激光系統中，對環圍能量比、光強分布等光束質量指標起主要影響的是光學元件的面形誤差梯度。目前國內外關于誤差梯度與環圍能量比之間還沒有明確、通用的定量分析方法，該領域研究尚屬空白。

我們曾經提出光學元件面形誤差對遠場環圍能量比的影響關系(參見發表于《光學精密工程》2007年第9期的論文“光學面形誤差對環圍能量比的影響”)，其重點是利用高斯型相位誤差模擬光學元件加工誤差，分析其對遠場環圍能量比的影響，并通過理論分析與仿真結果進行對比來確定環圍能量比計算公式的適用范圍。

這種評價方法的不足之處在于：

其一：僅僅針對發射光學系統進行分析，分析結果不一定適用于其它的光學系統；

其二：只對理論計算與仿真結果進行對比，而沒有具體的實驗結果進行驗證；

其三：沒有應用于具體的實例評價中。

發明內容

本發明要解決的技術問題：克服現有評價技術和方法的不足，提出一種強激光系統光學制造誤差與光束質量關系的定量分析方法。該方法對于提高強激光系統的工作性能，合理設計、控制確定性加工條件下光學元件的制造誤差具有重要意義。

實現本發明目的技術方案通過以下步驟完成：

1)采用光學檢測裝置獲得被測光學元件的制造誤差數據；

2)根據光學元件的制造誤差數據，計算其誤差梯度分布；

3)根據光學元件制造誤差對激光束進行相位調制的特點，由公式：

Hs(u,v)=exp[-k2σΔ2(u2+v2)]]]>

計算誤差梯度對光束相位調制的傳遞函數，式中，k＝2π/λ為波數，λ為激光波長，σ_Δ為光學元件制造誤差梯度的均方根值，(u，v)為光學元件的空間坐標；

4)根據光學系統的結構參數，由公式：