基于高功率激光装置的光束自动准直系统技术研究

摘要

用于惯性约束聚变(ICF)的高功率固体激光驱动器，是当今脉冲功率最高、装置规模最大的激光系统。这些系统均包含有大量激光器件、光学元件和机械组件。为了确保从振荡器发出的激光束能够稳定、精确地穿过预放大器、主放大器、倍频器和靶室，传输百米以上距离，并准确地照射到微型靶丸上，无例外地配置了光束自动准直系统。光束自动准直系统是保证激光装置高效运行的必要手段，已成为大型激光装置必不可少的重要组成部分。 惯性约束聚变装置的调整系统是一种闭环的自动调整。整个系统包括准直光源、光学成像系统、探测器(CCD)、计算机及步进马达控制的伺服反射镜。工作时，探测器和计算机实时测量被调整光束的近远场的中心位置和理想位置的差异，再驱动马达而改变反射镜的位置，达到准直的目的。本论文在总结前人关于近远场调整方案的基础上，创新性地提出了新型的近远场调整技术，并结合新的图像处理方法编制图像处理软件，且通过实验验证，取得满意结果。论文第一章主要论述了课题背景及意义，简要介绍了惯性约束聚变的原理及研究进展，以及本文主要研究内容和方法；第二章主要研究光束自动准直系统的基本原理以及各个组成部分；第三章主要介绍光束准直系统的单元技术，重点提出了光束自动准直系统的新型调整技术，分别研究了近远场调整技术以及数字图像处理技术的应用。第四章针对新型调整技术编制了图像处理软件，介绍了该软件的设计流程以及具体应用。第五章进行实验研究，先分别进行照明系统和光栅取样的判断实验，再针对新型远场调整技术，进行单路光束的取样调整实验，并对实验数据进行分析，最后进行了四程放大系统的调整实验研究；第六章主要对系统存在的误差进行分析研究，对光束的探测精度进行了详细分析，最后提出了优化解决方案，且经过实验验证。第七章是结论和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外发展现状

1.3论文的主要研究内容

1.4课题研究意义及来源

第二章光束自动准直系统的组成单元

2.1光束自动准直的基本原理

2.2光束自动准直系统的单元结构

2.2.1准直光源

2.2.2激光信号探测器

2.2.3光学信号采集系统

2.2.4图像处理系统

2.2.5执行元件

第三章光束自动准直系统的单元技术

3.1近场调整技术

3.1.1大光束的近场调整

3.1.2双小光束的近场调整

3.2远场调整技术

3.2.1传统远场探测系统

3.2.2新型远场探测系统

3.3图像处理技术

第四章光束准直图像处理软件的开发及应用

4.1光束准直图像处理软件的开发流程设计

4.2图像分析处理算法

4.2.1平滑处理

4.2.2阈值化

4.2.3边缘检测

4.2.4中心检测算法

第五章光束准直系统的实验研究

5.1光栅取样远场监测方案的实验验证

5.1.1激光器的选择

5.1.2照明光源的选择

5.1.3实验步骤

5.1.4实验结果的分析与比较

5.2四程放大系统的光束自动准直实验

5.2.1四程放大系统的构成

5.2.2四程放大系统的数学模型分析

5.2.3四程放大系统的准直调整方案

5.2.4实验结果

第六章光束准直系统的误差分析及系统优化

6.1光束准直系统的稳定性误差分析

6.2光束自动准直的调整误差分析

6.3光束准直系统的探测精度

6.3.1远场角移探测精度

6.3.2近场探测平移精度

6.4光栅取样远场探测系统的优化设计

6.4.1实验步骤

6.4.2实验结果

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间公开发表的专利

致谢