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大型固体激光装置光学元件结构稳定性分析研究

师智全  
【摘要】: 在激光聚变需求牵引下,高功率固体激光技术得到了长足的发展。激光装置的输出能量从初期的百焦耳级发展到兆焦耳级,其结构规模从小型单路输出发展到上百路输出,光学元件数量大幅度增加,光学元件口径增大到数十厘米,光传输距离也从数十米增加到百米。这些激光装置在运行过程中,光学元件结构在外界激励因素作用下容易产生漂移,使光束位置和方向发生改变,影响光束打靶定位精度,无法满足精密物理实验要求。因此在发展高功率激光技术的同时,也格外注重光学元件结构稳定性的研究。基于此,本论文着眼于大型固体激光器装置多元件、多种类、多光束、大口径和长距离传输等特点,从光路稳定性角度出发,全面分析和研究了光学元件结构稳定性与打靶精度以及激励因素之间的关系,明确了相互作用机理,系统地建立了一套大型固体激光器装置光学元件稳定性分析模型,为解决光学元件稳定性指标分配和激励源稳定性指标分配问题提供了有效手段,也为结构设计和工程实施以及优化性能价格比提供理论依据,与此同时也为我国系统研究大型固体激光装置光学元件结构稳定性工作奠定了坚实的基础。论文在以下几个方面取得了对大型固体激光装置设计建造具有建设意义的成果。 1、分析和论证了大型固体激光装置中光学元件稳定性与靶点光束定位之间的关系,确立了光学元件稳定性影响打靶精度的物理模型。 2、构建了多目标最优化的光学元件稳定性分析数学模型,以功能模块及其所含光学元件为研究对象,采用线性加权和法和概率论理论,解决了功能模块稳定性指标和光学元件稳定性指标分配问题。 3、建立了共轴与非共轴相结合的光线追迹模型,通过对大型固体激光装置打靶的仿真模拟,获取光束在靶点处的弹着点分布,依据总体设计要求,运用数 理统计原理,采用弥散圆和频率分布方法对弹着点分布进行分析,优化光学元件 稳定性分配指标。 4、基于Aut0CAD 2000工作平台,采用objectARX 2000与MFc的混合编 程技术,开发了SG3SAOPL专用软件,具有对大型固体激光装置光学元件稳定性 分配和靶区光路排布等功能。结合神光111及其原型装置,给出功能模块和光学元 件稳定性指标分配值,并以数据和图形两种格式给出神光111靶区光路排布结构参 数。 5、分析和确立了影响光学元件稳定性的激励源及其相互关系,并基于光学 元件稳定性指标要求,探讨了激励源稳定性指标分配所采用的理论和方法,为系 统分析和研究大型固体激光装置光学元件稳定性提供了理论基础。


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