镜面热畸变对高能激光系统内光路光束传输影响的数值计算

【摘要】： 高能激光系统中,内光路反射镜受到强激光辐照,会发生热畸变,从而使系统最终输出光束的波前分布发生畸变,导致输出光束质量下降。随着激光器输出功率的增加,反射镜热畸变对系统输出光束质量的影响将更加显著,这已经成为高能激光系统设计中必须充分重视的问题之一。 本文依据固体受热变形理论,使用通用有限元计算软件ANSYS,对高能DF化学激光器所产生的方形中空非均匀激光束以不同角度辐照几种方式夹持的硅反射镜的热变形进行了仿真。仿真结果显示夹持方式对镜面变形的影响非常大,压圈式夹持方式比三点式夹持方式更有利于减小镜面变形。在高能激光系统的设计中,必须充分考虑反射镜夹持方式对光束质量的影响。 有限元法仿真只能得到镜面上某些离散点处的变形值,如果在光学计算中需要反射面上其它点处的变形,就要对镜面变形进行拟合。本文使用65阶Zernike多项式对ANSYS仿真得到的镜面变形进行了拟合,以便于光束传输的计算。 本文建立了复杂镜面的光线追迹模型,使用标量衍射理论和快速Fourier变换算法,对高能DF化学激光器所产生的方形中空非均匀激光在内光路中的传输进行了仿真研究,得到了各个反射镜上的光束波前相位分布和光功率密度分布。本文研究表明,由于衍射效应,内光路中某些镜面局部承受的光功率密度的最大值比入射光功率密度的最大值大1倍多,这就要求实际工程中对现有镀膜指标、反射镜的抗激光损伤能力指标提出更高的要求;光束在内光路中经12次反射传输之后,波前相位分布峰谷值达1.85λ。以上研究结果可以为高能激光系统自适应光学子系统校正指标的制定提供依据。