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《国防科学技术大学》 2010年
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基于液晶空间光调制器光束整形的理论算法和实验研究

余湛  
【摘要】:激光器输出的光束通常具有特定的强度分布,然而这样的光强分布在实际应用中常常影响系统的能量利用效率。为了提高激光束的利用效率,常常需要将激光输出的光强分布整形为特定的光强分布。本文采用物理光学方法,基于纯相位液晶空间光调制器,对光束整形进行了理论算法和实验方面的研究,主要内容包括以下几个方面: 1、介绍了常用的光束整形方法,包括利用几何光学方法进行光束整形的双折射透镜组,利用物理光学方法进行光束整形的二元光学元件、随机相位板、液晶空间光调制器等,论述了采用液晶空间光调制器进行光束整形的优势。 2、从亥姆霍兹方程和标量衍射理论出发,描述了采用物理光学方法实现光束整形的数学模型,论述了光束整形的物理本质,并为算法研究奠定了理论基础。 3、介绍了用于光束整形的GS算法、模拟退火算法,分析了这两种算法的原理、算法结构和运算步骤。在此基础上,提出了两种算法改进:一种是融合GS算法和模拟退火算法,提出了GSSA算法;一种是从实验验证和实际应用出发,提出了一种结合Zernike多项式的模拟退火算法。 4、对常用的光束整形算法进行了数值模拟和算法比较。采用GS算法和结合Zernike多项式的模拟退火算法,数值模拟计算了将高斯光束光强分布分别整形为超高斯光强分布、方形平顶光强分布、超高斯空心光强分布,以及将超高斯空心光强分布整形为超高斯实心光强分布的各种情形,并对计算结果进行了分析。对GS算法、模拟退火算法、GSSA算法在收敛精度和运算时间上进行了比较。 5、基于液晶空间光调制器,搭建了一套自适应的闭环光束整形系统,采用结合Zernike多项式的模拟退火算法,进行了光束整形的实验研究。将实验结果与模拟计算结果进行了比较,验证了算法应用于实际光束整形的可行性。 综上,本文着眼于光束整形的理论算法和实验研究,论述了光束整形的基本原理、光束整形算法的相关理论。在讨论光束整形的理论基础和传统算法的基础上,提出了两种改进算法,并对算法的整形效果进行了模拟计算,采用结合Zernike多项式的模拟退火算法进行了光束整形实验研究。论文的研究对改善光束近场强度分布,推动光束整形技术的发展具有重要意义,在提高高能激光光束质量等方面有重要应用前景。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN761

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