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《国防科学技术大学》 2001年
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高能激光器及其发射系统的热变形研究

杜少军  
【摘要】: 高能激光系统中,由一系列反射镜和窗口组成的“光学链”,不同程度地 吸收部分激光能量,产生温升、应力和变形,影响光束质量和光能量的远场 传输。本文分析了光学元件的温升、应力和变形及其引起的附加相移,从理 论计算和实验两个方面研究了热效应对光束质量的影响。 首先建立了光学元件温升和结构分析模型,用有限元法和序贯耦合法计算 材料的温升和变形,同时选取最大拉应力准则作为材料的破坏准则。 高功率激光器中,非稳腔镜受激光直接辐照,镜面发生变形,使谐振腔参 数偏离设计值,模式发生畸变,光束质量变坏。根据相位均方根值迭代收敛 准则和输出功率,用Fox-Li迭代法求出反射镜上实际的光强分布和热源,得 到镜面的位移变形和单程附加相移,以Zernike多项式拟合单程附加相移,分 别用迭代法和几何法计算了腔镜变形时的腔模光场,建立了光学元件对光束 质量影响的评价因子,研究腔镜冷却效果和冷却方式,对输出耦合镜的变形 进行了分析。 激光器输出窗口厚度的选取与压力载荷、热载荷、材料极限强度、厚度对 波前的影响、材料疲劳等多种因素有关,由于球壳窗口能承受较高的功率密 度,但窗口本身带来相移,该相移大小与窗口参数有关,根据位相均方根值 选择球壳窗口参数。分析了温升和内外压强差作用下平板、球壳窗口的附加 相移,用光率体椭球法推导应力双折射。 由近场光斑相对分布得到其绝对分布,测量窗口透过率,求得材料的吸收 系数,在此基础上计算了出光时间长短、窗口有/无冷却、是否旋转、窗口材 料及面型、光强分布形式对窗口温升、应力和光束位相的影响。推导了有应 力双折射时Hartmann测量数据与计算数据之间的关系,测量了工作CaF_2窗口 和样品氟玻璃窗口的温升和附加相移,设计了模拟腔,将样品氟玻璃平板和 球壳窗口加在模拟腔上进行实验。 讨论了传输过程中反射镜的热变形产生的附加相移,实验测量了单个反射 镜的镜面变形,利用热变形滞后性,测量了实际光路引起的探测光波阵面畸 变,并与计算结果进行比较。分析了发射系统输出窗口平整度和拼装方法对 光束波前的影响。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TN248

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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3 王召煜;李国禄;王海斗;刘金海;徐滨士;康嘉杰;;云纹干涉法测量残余应力的研究进展[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
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5 朱海燕;曹文琴;;行星锥盘无级变速器滑动率的数值计算推理分析[A];全国先进制造技术高层论坛暨第十届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2011年
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7 是雅蓓;周静娴;;某些光学物理量及单位在农业科技书刊中的误用[A];学报编辑论丛(第五集)[C];1994年
8 张艳;张彬;文侨;;部分相干平顶光束的光谱传输特性[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
9 彭勇;胡晓阳;周文超;易亨瑜;田小强;张卫;;大口径激光束参量直接诊断技术[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
10 胡诗杰;陈善球;杨平;张翔;杨伟;许冰;吴健;;角椎棱镜阵列对波前传感器探测精度的影响[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
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3 董渊;双半高斯空心光束的形成、传输及控制技术研究[D];长春理工大学;2010年
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8 幺周石;相干激光空间数据传输系统及其多阶波前校正研究[D];电子科技大学;2010年
9 孟祥令;弹性织物着装接触压力研究与触压舒适性评价系统的建立[D];东华大学;2010年
10 刘亮;传导冷却端面泵浦板条放大器热效应研究[D];国防科学技术大学;2010年
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1 周磊;振动筛分机械的动态特性分析与结构优化设计研究[D];河南理工大学;2010年
2 李阳龙;液晶光学器件功能薄膜的激光损伤机理研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 石帅;滑油冷却器强化传热及小型化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王刚;窄扁管水—水换热器流动与传热特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 付润铭;瓦楞辊中凸曲线设计与接触性能研究[D];大连理工大学;2010年
6 史鹏;偏振光子的大气传输及光子与腔—量子点的相互作用[D];中国海洋大学;2010年
7 袁扬胜;激光束在湍流大气和傍轴光学系统传输性质研究[D];安徽师范大学;2010年
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9 由静;无外加应力应变的光纤Bragg光栅温度传感器[D];昆明理工大学;2008年
10 李丹;测量液位的波纹膜片式光纤Bragg光栅压力传感器[D];昆明理工大学;2008年
【同被引文献】
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10 周江华,苗育红,李宏,孙国基;四元数在刚体姿态仿真中的应用研究[J];飞行力学;2000年04期
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4 周宗锡;刚体姿态控制及其在机器人控制中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
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9 陈贵敏;振动环境下光束指向稳定及其光机电一体化关键技术[D];西安电子科技大学;2005年
10 陈佳元;高功率TEA CO_2激光器腔镜热稳定性研究[D];华中科技大学;2009年
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8 李楷;小型光电跟踪系统设计[D];郑州大学;2003年
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【二级引证文献】
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5 邵珺;叶景峰;胡志云;张振荣;黄梅生;;振动干扰下光路失调的数值计算[J];光学精密工程;2011年03期
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9 杜少军,陆启生,赵伊君,刘泽金;激光窗口形状对应力和光束位相影响的数值计算[J];强激光与粒子束;2000年03期
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3 朱海波;杨帆;杨海波;;激光武器浅析[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(A 光电系统总体技术专题)[C];2006年
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