三镜结构狭缝型空间滤波器的像差分析

摘要

空间滤波技术是解决高能/高功率激光系统“功率受限”问题的核心技术。新型线聚焦型狭缝空间滤波技术可以大幅度提高聚焦面积、缩短透镜焦距，有可能达到抑制堵孔效应和减小系统体积的目的，因此成为高能/高功率激光系统发展中的热点技术之一。但是，随着透镜F数的降低，像差会引起光束远场分布变化，如分裂、弯曲、倾斜等，从而影响滤波能力，甚至使聚焦主瓣无法通过狭缝。
　　针对上述问题，本文研究了“柱-球-柱”三镜结构狭缝滤波器的像差问题。分析了在像差光束通过理想狭缝滤波器、理想光束通过带有像差的狭缝滤波器以及像差光束通过带有像差的狭缝滤波器三种情况下，使用方形域内正交Zernike多项式对像差函数进行展开，结合角谱理论计算狭缝边缘光辐照强度、输出光束的近场对比度、近场调制度以及总体能量透过率等性能的变化情况。结果表明：像差的影响大小与其离轴项的阶数有关，球差和彗差对“柱-球-柱”结构狭缝滤波器影响最大。滤波器F数为14时，球差系数大于0.15μ m、彗差系数大于0.12μ m时，输出光束近场调制度和近场对比度增幅超过10％；当滤波器的F数降低至10时，球差和彗差系数大于0.11μ m和0.06μ m时，输出光束近场调制度和近场对比度增幅就超过了10%；当滤波器的F数增加至20时，球差和彗差系数分别大于0.25μ m和0.15μ m时，输出光束近场调制度和近场对比度增幅超过10%。本论文的研究结果对于今后狭缝滤波器在高功率激光系统中的应用具有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1. 1研究背景与意义

1. 2研究方法与内容

1. 3本论文主要工作

第二章 光束中的像差对“柱-球-柱”狭缝滤波器的影响

2. 1“柱-球-柱”狭缝滤波器中光束传输的计算方法

2. 2光束中的像差对狭缝滤波器的影响

2. 3不同F数下球差和彗差容许值的变化

2. 4实际光束入射模拟

2. 5本章小结

第三章 透镜的加工像差对“柱-球-柱”狭缝滤波器的影响

3. 1狭缝滤波器前柱透镜的加工像差对滤波器的影响

3. 2狭缝滤波器球透镜的加工像差对滤波器的影响

3. 3本章小结

第四章 “柱-球-柱”狭缝滤波器的综合像差分析

4. 1像差综合分析方法

4. 2透镜上的像差容许值与透镜加工精度的比较

4. 3不同F数下球差和彗差容许值的变化

4. 4实际光束入射模拟

4. 5本章小结

第五章 总结与展望

5. 1全文内容总结

5. 2未来工作展望

参考文献

攻读硕士期间公开发表的论文

致谢