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目前,基于波前传感器的自适应光学系统可以高效、稳定的对光束进行净化,是高能激光系统光束质量提升的主要手段,但是该方法需要波前测量,系统体积庞大,难以满足小型化的需求,而且对信标源也有较高的要求,闭环带宽提升困难。为了解决上述问题,本文提出了一种利用变形镜本征模式和远场光斑的特征进行处理分析的无波前自适应光学系统,对激光器输出的方形激光光束进行校正。该方法舍弃了波前传感器环节,成本较低,体积较小,具有广阔的应用前景。本论文以激光器输出的波长为1064nm的方形光束作为光束净化对象,从变形镜影响函数的数学表达式和测量得到的远场光斑光强信息的特征出发,完成对激光器输出的光束进行光束净化的理论研究和仿真验证,并对该方法的校正效果进行实验验证,同时对部分影响因素进行分析。介绍了自适应光学系统的组成部分,带有波前传感器和无波前传感器的自适应光学校正系统常用的校正像差方法,说明无波前传感校正系统的优势,阐明本课题的研究目的及意义。详细阐述了基于变形镜本征模式和远场光斑测量的无波前传感器自适应光学系统校正方法的基本原理,对校正系统的评价函数、变形镜本征模式、模式系数和校正电压的计算过程进行推导。针对实验用到的67单元变形镜,建立影响函数模型和本征模式模型,对Zernike多项式像差、二维Legendre多项式像差和施加随机电压产生像差的校正效果进行了仿真验证。PV值为4.704 μm,RMS值为0.521 μm的Zernike多项式像差,闭环校正两次后PV 值为 1.156 μm,RMS 值为 0.082μm;PV 值为 2.149 μm,RMS 值为 0.356μm 的二维Legendre多项式像差,闭环校正两次之后PV值为0.915μm,RMS值为0.054 μm;PV值为2.732 μm,RMS值为0.528 μm通过施加随机电压产生的像差,校正两次后PV值为0.028 μm,RMS值为0.005μm。分析了响应率系数对本征模式分解的影响。与SPGD算法的校正效果和校正次数进行了对比,达到相同校正效果时,本文的方法变形镜需要产生135次面型变化,SPGD算法需要变形镜产生约2700次形变。搭建了实验系统校正平台,对平台的自动控制部分进行了程序编写。采集了变形镜的影响函数,并获得了本征模式,将本征模式用于校正系统,验证了本文提出的校正方法对校正静态小像差系统的可行性,对于PV值为2.057 μm,RMS值为0.3753μm的原始波前,选取全部模式系数连续校正,校正后的PV值和RMS值分别为0.507 μm和0.0959 μm。选取部分所占比例较大的本征模式优先校正时,对于PV值为1.36μm,RMS值为0.1995 μm的原始波前,校正后的PV值和RMS值分别为0.514μm和0.088 μm,选取部分模式系数进行校正不影响校正效果,而且提高了校正速度。将校正后的波前进行Zernike多项式分解,分析了校正方法对于各种像差的校正能力。