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可用于瞬态波面实时检测的理论及系统的研究

陈坚  
【摘要】: 激光核聚变研究是人类解决未来能源危机及改善严重环境污染的一项重大举措。该研究需要光机电等多学科的技术支持以保证高能激光束具有很好的光束空间特性。而激光系统波前畸变检测则是激光束空间参数诊断中的一个主要环节。本论文以中国工程物理研究院与国家的自然基金会设立的“径向剪切法测量激光系统的波前畸变技术的研究”国家自然基金项目为主要研究方向,研究动、静态激光波前畸变测量技术。该研究分阶段进行,本论文所要完成的工作属于第一阶段,主要目的是研究可用于瞬态(单幅干涉图)波前实时检测的基于空间位相调制径向剪切系统的波面复原及重构技术、算法及测量结果。该研究对我国激光聚变系统的相关研究具有极为重要的意义。主要研究工作有: 论述了激光核聚变系统研究中波前畸变检测的重要意义。通过对核聚变系统中激光波面的特点及当前国内外波前检测技术的分析,提出一种简单、紧凑、具有较高测量精度和波面复原能力、适用于动、静态波面检测的基于空间位相调制的径向剪切干涉系统。 论述了径向剪切干涉系统的基本原理及其典型的系统结构。在对径向剪切波面的特征进行分析的基础上,提出了一种快速、具有较好数学物理模型的波面迭代重构算法。 对空间位相调制傅立叶变换法分析的理论进行论述,并就处理过程中的一些重要方面进行着重的分析,如混迭效应、频域泄漏效应、跳变等误差的处理、载波频率的选择、一级谱中心频率和谱宽确定等。 对一个在激光核聚变系统中比较典型、具有像散、彗差和三级球差等像差的畸变波面进行径向剪切迭代重构、干涉条纹傅里叶解调以及整个系统处理过程的仿真及对测量结果的分析,发现使用该检测技术可达到λ/100以上的均方根精度,这样的测量精度完全可以满足激光核聚变中波面检测的要求。 通过对空间位相调制干涉图特征的分析,提出了一种利用单幅干涉图的梯度、强度一阶矩确定孔径中心和半径的方法。 结合使用Matcom、Visual C++、OpenGL等技术实现了即能对端口进行操作、又能进行精密科学计算、具有较好人机对话界面、较高计算效率的波面检测系统软件。 本论文研究的主要创新有:通过对径向剪切波面特征的研究,提出了一种简单、 浙江大学硕士学位论文 快速、具有相当高复原精度的迭代重构算法,并对该算法的物理意义、实现进行 论述;采用二维傅里叶变换法对二维空间位相调制干涉图进行处理,简化了系统 的结构,并且该方法能对对噪声进行更有效的抑制;对迭代重构和空间位相调制 傅里叶变换处理两个过程的测量精度间的关系进行研究,该研究有利于提高整个 系统的测量精度;通过 VC和 Matcom,在波面检测系统软件部分的开发过程中较好 地解决了开发效率和运行效率之间的矛盾。


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