Hartmann-Shack波前传感器在光束质量诊断中的应用研究

摘要

远场测量系统是最常用的探测激光光束远场光斑的系统,这一系统在评价探测得到的远场光斑质量时,其方法简便易行、结果直观,因此,这种系统在很多需要对激光光束质量进行评价的场合得到广泛应用.但是,由于远场测量系统探测光斑的器件是电荷偶合器件CCD,这种器件带有各种各样的噪声,并且由于CCD本身的灵敏度问题,较弱的有效信号可能淹没在CCD的噪声当中,同时,阈值的选取也给有效信号的取舍带来一定的影响,从而对我们评判激光光束质量带来误差.鉴于此,该文探讨了将Hartmann-Shack波前传感器用于激光光束质量评价,将它探测得到的波前相位进行事后处理,得到事后处理远场光斑,将此光斑与远场测量系统探测的场远光斑进行比较,判断哪种系统在光束质量诊断中的性能更好.事实上,Hartmann-Shack波前传感器的CD在探测光斑阵列时,也同样受CCD噪声因素的影响,并且还有波前本身的复原误差,但是Hartmann-Shack波前传感器的CCD噪声影响的是波前复原精度,虽然这也将导致事后处理远场光斑的误差,但这种误差与远场测量系统的误差相比孰大孰小是该文研究的主要内容.我们在进行两者相互比较的过程中,搭建了一个比较的桥梁,即由Zernike多项式组成的各种原始像差波前,将它也变换到远场作为原始理想远场光斑,然后,以它的衍射极限和环围能量曲线作为评价标准,比较Hartmann-Shack波前传感器和远场测量系统在光束质量诊断中的探测精度.该文选取了不同空间发辨力的Hartmann-Shack波前传感器对激光光束远场诊断的情况进行仿真模拟和实验,得出了Hartmann-Shack波前传感器在用于激光光束的远场诊断时,其精度高于远场测量系统的结论.并且波前像差在Hartmann-Shack波前传感器子孔径动态范围之内,空间分辨率高的Hartmann-Shack波前传感器对高阶像差波前探测时,其光束质量诊断精度高于空间分辨低的Hartmann-Shack波前传感器的光束质量诊断精度.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章前言

1.1本课题研究背景

1.2本课题研究目的及研究意义

1.3国内外发展动态及其发展趋势

1.4本文主要研究内容

第二章Hartmann-Shack波前传感器工作原理

2.1 Hartmann-Shack波前传感器工作原理

2.2模式法波前重构

2.2.1模式函数系列与模式数

2.2.2模式法波前重构原理

2.2.3波前重构仿真

2.3 Hartmann-Shack波前传感器的误差来源

2.3.1背景电平对质心探测的影响

2.3.2阈值对Hartmann-shack波前传感器探测精度的影响

2.4小结

第三章激光光束质量评价参数及环行光束质量评价研究

3.1传统光束质量评价标准

3.2环形激光光束质量评价方法

3.3小结

第四章远场测量系统与Hartmann-Shack波前传感器在光束质量诊断中的数值仿真比较

4.1远场测量系统

4.1.1远场测量系统工作原理

4.1.2 Fraunhofer衍射的FFT表示

4.1.3远场测量系统的仿真模拟

4.2 Hartmann-Shack波前传感器在光束质量诊断中的应用仿真

4.2.1 Hartmann-Shack波前传感器波前复原仿真

4.2.2从复原波前计算远场分布

4.3 Hartmann-Shack波前传感器和远场测量系统在光束质量诊断中的仿真结果比较

4.3.1仿真结果

4.3.2仿真结果比较

4.3.3有关比较条件的说明

4.4 Hartmann-Shack波前传感器对光束质量因子M2的测量仿真

4.4.1仿真模型及仿真过程

4.4.2数值仿真结果

4.5小节

第五章两套系统对光束质量诊断的实验研究

5.1实验目的

5.2实验光路及相关器件

5.2.1实验光路

5.2.2实验所需器件及设备

5.3实验步骤

5.4实验结果分析

5.4.1实验结果处理方法

5.4.2实验结果

5.4.3实验结果与仿真结果的可比性

5.4.4实验误差分析

5.5问题讨论

5.6小结

第六章结束语

6.1本文主要工作及结论

6.2本文工作展望

参考文献

致谢

个人简历

硕士研究生期间发表的论文