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高功率固体激光光学元件损伤在线检测装置的研究

解亚平  
【摘要】: 在用于惯性约束聚变(ICF)研究的高功率固体激光驱动器中,光学元件损伤的在线检测一直是强激光物理与技术研究的重点。为了保证工作人员的安全,降低装有光学元件的真空装置内爆对设备的危害,降低由于损伤点的衍射对光束质量的影响,降低损伤导致的激光装置性能的退化,拆卸尚可修配的光学元件,对光学元件损伤尺寸必须予以检测和监控。 光学元件损伤是主要由于强激光的非线性效应而导致,损伤包括表面损伤点、内聚焦丝,灰尘和划痕等。当损伤点尺寸达到1mm,必须能检测到。高功率固体激光装置通常设计成带有空间滤波、多程放大系统等大型的光学元件组件,而光学元件损伤在线检测系统一般设计成对光束进行缩束后的检测系统,这样就形成了多个光学元件像面的重叠、系统分辨率是否能达到1mm的精度以及检测到图像如何处理的问题。本文研究的主要内容和主要进步点如下: (1)确定了光学元件损伤在线检测装置的原理光路图。通过对反射式和透射式在线检测成像原理和实验结果的比较,考虑到反射式检测中的偏振和光源能量的问题,确立更适合大型激光装置的透射式在线检测方式。 (2)确定了光学元件损伤在线检测的成像方法。通过对明场成像和暗场成像实验结果的对比,确立了能更准确的对光学元件损伤进行在线检测的明场成像和暗场成像相结合的成像方法。 (3)解决了由于多程放大和光束缩束导致的像面重叠问题。通过对多程放大系统光路的展开并结合空间滤波小孔来分离像面;通过对光学元件损伤横向定位纵相显微检测的方式解决缩束带来的像面重叠问题。 (4)解决了光学元件损伤在线检测中的图像处理问题。分析了在线检测中损伤图像的光斑,提出了适合在线检测中的图像处理方法,并结合空间滤波小孔对采集图像进行图像分离。 (5)初步设计了光学元件损伤在线检测图像处理的软件。软件包括了对损伤图像进行处理、分析、计算、判断以及对损伤统计的功能。 (6)确定了光学元件损伤在线检测装置的初步设计方案。通过对神光Ⅲ原型装置终端靶场系统的模拟和实验研究以及原型装置驱动系统的模拟研究,提出了原型装置的在线检测装置的初步方案。


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