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光栅拼接技术的研究

杨学东  
【摘要】: 要获得高能量高峰值功率的激光脉冲,采用啁啾脉冲放大(CPA)技术是目前最佳的方案,而光栅压缩器作为激光系统中破坏阈值最小的元件,直接限制了最终输出能量的大小,受到破坏阈值的限制,PW数千焦耳激光系统需要米量级口径的光栅。因此,大口径光栅的制备十分迫切,大面积光栅的研制一直是国际光栅领域的重大课题之一。直接制作单块大面积光栅由于诸多工程技术上的困难很难实现,需要探索采用其他方法来获得大面积光栅,最常见的是采用多块光栅进行拼接或者全息拼接技术获得。由于光栅拼接的高精度要求,在国内外研究的基础上提出了实时监测调节来保证光栅旋转自由度的高精度和稳定性要求,对光栅拼接进行了较全面的研究: 1、回顾了光栅的特点、发展及应用,国内外光栅的研制状况,制作大面积光栅的技术难点、取得的成果,以及其他获得大面积光栅的方法。 2、分析拼接光栅对光束时空特性的影响,讨论拼接光栅控制的精度要求。 3、通过手动拼接实验验证了拼接方法的可行性,在此基础上进行光栅拼接旋转偏差实时监测调节实验。设计了光栅拼接旋转偏差光学检测装置及光栅拼接微调装置,利用零级光和一级衍射光对旋转偏差的独立监测,采用二次曲线拟合法对干涉条纹中心位置的高精度测量,可达到0.1 pixels的亚像素测量精度,能检测到约0.5μrad的旋转偏差;高精度要求受到调节机构和环境的限制,需要实时监测调节来保持光栅姿态,将偏转量反馈给光栅调节装置保持拼接子光栅的位置,可长时间保持在0.5μrad偏差内。实验表明光栅拼接旋转偏差实时监测调节能满足拼接高精度和长时间稳定的要求。 4、在前人的研究成果上,分析利用探测光实现观测到的远场焦斑与主激光远场焦斑一致变化的可能性,论述了可利用探测光的理论基础,分析了可利用探测光的波长,以及主激光光束入射角变化、探测光波长波动时导致探测光与主激光间相位差变化的剧烈程度和需要控制的误差范围。利用计算得到的探测光参数,设计了相应的拼接检测方案。


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