ICF系统光学元件高精度波前检测技术研究

【摘要】： ICF驱动系统大口径光学元件加工质量的检测和评价工作是保证整个系统安全、正常、高效运行的关键，本论文在光学元件的高精度检测和评价方法上进行了新的探索，提出在检测中使用两个新参数——功率谱密度及波前位相梯度。另外为了降低目前我国ICF系统光学元件检测中过大的资金投入和不能满足需要的低空间分辨率问题，提出了子孔径拼接检测方法这一解决方案。所取得的主要研究结果包括： 一、将受光学元件加工质量影响产生的光束波前畸变根据空间频率的不同划分为三个频段，研究了不同频段波前畸变对激光光束质量的影响。 二、根据B-T理论详细讨论了强激光系统中小尺度自聚焦的产生、B积分的推导过程，得到成丝破坏与输入激光功率之间的关系。 三、将功率谱密度引入我国ICF驱动系统光学元件的检测评价工作中，对PSD的定义、算法进行了分析，并建立了PSD分析数值计算模型，提出了用于我国大口径光学元件PSD检测的具体算法。 四、使用PSD作为检测评价参数，对我国用于大口径光学元件检测的大口径干涉仪进行了传递函数标定、不同波前畸变情况对PSD分析的影响进行了研究，并具体对我国ICF驱动系统中使用的典型光学元件进行了检测分析。 五、针对我国光学检测中缺少直接与光束聚焦特性相关的参数问题，提出 使用波前相位梯度作为检测参数的方法，并提出了建立我国ICF系统光学元件 相位梯度检测标准的方法。 六、建立了波前相位梯度检测模型，解决了具体数值计算方法、检测方式 等问题，并对我国典型ICF系统光学元件进行了波前相位梯度检测分析。 七、提出了子孔径拼接干涉检测方法，从而为解决我国ICF系统光学元件 检测工作中遇到的分辨率低、设备投资过大等问题。建立了拼接检测模型，研 究了它的可行性。 八、对子孔径拼接干涉检测系统的精度进行了详细的研究，通过数理统计 方法得到了系统精度的计算方法，保证了子孔径拼接检测方法用于ICF系统元 件检测的可靠性。 九、对子孔径拼接干涉检测系统进行了实验研究，验证了它的稳定性和精 度。对大l一」径元件进行了拼接实验，为进一步完全实现ICF系统元件拼接检测 作好了雕备。 十、编制了一套用于ICF系统光学元件子孔径拼接干涉检测的软件，软件 包含PSD分析、波前相位梯度分析、P一V值及RMS值计一算、子孔径拼接检测 分析等多种功能。 通过研究使得我国ICF光学元件质量检测从传统的空域过渡到了与系统要 求联系更为紧密的频域，同时建立了一套实用化的，具有多种检测分析能力的 子孔径拼接干涉仪。本文取得的成果对我国ICF驱动系统的建造具有实际和重 要的理论意义和工程应用价值。