Методы адаптивной оптики для управления излучением лазеров средней мощности

• Автор: Кудряшов, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 374 с. : ил

ГЛАВА 1. КОРРЕКТОРЫ ВОЛНОВОГО ФРОНТА ДЛЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРАМИ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ

§1.1. Требуемые характеристики корректоров волнового фронта

§ 1.2. Типы корректоров волнового фронта (обзор литературы)

Т2.1. Зеркала с локальной функцией отклика

1.2.2. Корректоры с модальной функцией отклика

§ 1.3. Гибкие зеркала на основе биморфного пьезоэлемента

1.3.1. Аналитическая теория деформации полупассивного биморфного зеркала

1.3.2. Теоретические функции отклика электродов полупассивного биморфного

зеркала

1.3.3. Конструкция корректора и методика его изготовления

1.3.4. Теоретическая оценка эффективности коррекции простейших аберраций оптических систем
1.3.5. Экспериментальные исследования биморфного зеркала
О 1.3.5.1. Влияние электрического гистерезиса пьезокерамики на работу корректора
1.3.5.2. Функции отклика управляющих электродов
1.3.5.3. Динамические функции отклика биморфных зеркал
1.3.6. Охлаждаемое биморфное зеркало для задач формирования высоко энергетических пучков
1.3.7. Сферическое биморфное зеркало
1.3.8. “Грибовидное” биморфное зеркало. 83 §1.4. Гибкое зеркало для коррекции значительных по амплитуде простейших
аберраций
1.4.1. Конструкция и принцип действия
1.4.2. Математическая модель корректора
1.4.3. Экспериментальное исследование гибкого зеркала
§1.5. Корректор волнового фронта на основе электрически управляемого жидко кристаллического модулятора волнового фронта
Выводы к Г лаве 1
ГЛАВА 2. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИБКИХ ЗЕРКАЛ И ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЛАЗЕРНЫХ СРЕД.
§2.1. Методы обработки интерференционных изображений. Введение.
§2.2. Стабилизированный интерферометрический комплекс.
2.2.1. Схема интерферометра.
2.2.2. Модель интерференционного изображения. Шумы интерферограммы.
2.2.3. Система стабилизации изображения и ее модификации.
2.2.4. Автоматизированная юстировка интерферометра
§2.3. Обработка интерференционных изображений модифицированным методом опорных линий.
2.3.1. Алгоритм поиска экстремумов интенсивности.
2.3.2. Фильтрация шумов изображения.
2.3.3. Алгоритм автоматического восстановления фазы.
§2.4. Обработка интерференционных изображений с помощью градиентного метода. §2.5. Интерферометрические исследования аберраций активной среды многопроходового усилителя с зигзагообразным ходом луча §2.6. Автоматизированный интерферометр для диагностики тонких пластин.
Выводы к Главе 2.
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АИГ:Ш3+ ЛАЗЕРА МЕТОДАМИ АДАПТИВНОЙ ОПТИКИ. §3.1. Активная стабилизация мощности излучения непрерывного твердотельного лазера с помощью пьезокерамического корректора.
3.1.1. Введение.
3.1.2. Система стабилизации мощности АИГ-лазера.
3.1.3 Основные причины возникновения ложных сигналов ошибки.
3.1.4. Основные результаты работы системы стабилизации.
§3.2. Стабилизация мощности излучения непрерывно накачиваемого АИГ:Ш лазера в режиме внутрирезонаторной генерации второй гармоники §3.3. Стабилизация положения энергетического центра пучка АИГ лазера на поверхности объекта методами адаптивной оптики.
§3.4. Формирование излучения твердотельного технологического АИГ:Ыс1 лазера методами адаптивной оптики.

3.4.1. Введение.
3.4.2. Исследование и коррекция тепловой линзы твердотельного лазера с помощью гибкого биморфного зеркала.
3.4.3. Резонатор твердотельного лазера с широкоапертурным зеркалом.
3.4.4. Стабилизация мощности излучения лазера внутрирезонаторным гибким зеркалом.
3.4.5. Уменьшение расходимости и формирование модовых структур.
Выводы к Главе
ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИМЕРНОГО, ФЕМТОСЕКУНДНОГО ТкБа И СОг ЛАЗЕРОВ ГИБКИМ БИМОРФНЫМ ЗЕРКАЛОМ.
§4.1 .Формирование пространственных характеристик излучения эксимерного лазера. §4.2. Формирование и коррекция излучения фемтосекундных импульснопериодических лазеров.
4.2.1. Фемтосекундные титан-сапфировые лазеры: их свойства и применение.
4.2.2. Коррекция излучения титан-сапфирового лазера АТЛАС.
4.2.2.1. Лазерный комплекс АТЛАС на основе титан-сапфирового лазера: параметры, особенности и недостатки.
4.2.2.2. Исследование аберраций и динамики флуктуаций аберраций волнового фронта излучения.
4.2.2.3. Формирование распределения интенсивности с помощью биморфного зеркала.
4.2.2.4. Коррекция волнового фронта излучения.
4.2.3. Адаптивная оптическая система для оптимизации фокусировки излучения на основе эволюционного генетического алгоритма.
§4.3. Управление характеристиками излучения СС>2 лазеров гибким биморфным зеркалом.
4.3.1. Получение импульсно-периодического режима генерации.
4.3.2. Формирование супергауссовых ТЕМоо М°Д в технологическом СС>2-лазере при помощи биморфного зеркала.
4.3.2.1 Формирование супергауссова пучка 4-го порядка (п=4).
4.3.2.2. Оптимизация параметров резонатора.

диафрагмой помещался фотодиод, сигнал с которого подавался на осциллограф С1-79 (рис. 1.20). Далее, на произвольный электрод зеркала от генератора звуковой частоты ГЗ-З подавался синусоидальный сигнал. Амплитуда сигнала выбиралась такой, чтобы на низких частотах («50 Гц) на осциллографе наблюдался синусоидальный сигнал, амплитуда которого измерялась. При приближении частоты генератора к резонансу корректора амплитуда синусоидального сигнала резко увеличивалась, и при этом сама интерференционная картина “размывалась”. Как следует из таблицы 1.3, теоретические и экспериментальные значения резонансных частот хорошо совпадают между собой (особенно при малых толщинах зеркала). Это позволяет производить расчет резонансных частот биморфных корректоров по формуле (1.3’). Некоторую разницу в значениях можно объяснить, во-первых, тем, что в эксперименте использовалось квазисвободное закрепление корректора: он зажимался резиновыми кольцами. При расчетах же
собственные числа брались для свободного по краю зеркала. Во-вторых, в формуле (1.3’) не учитывалось наличие клея, соединяющего пьезокерамику и стеклянную подложку. В-третьих, значения основных констант материалов, из которых сделано экспериментальное биморфное зеркало (модуль Юнга, коэффициент Пуассона и т.д), могут значительно отличаться от табличных. Как видно из табл. 1.3, с уменьшением толщины корректора величины резонансных частот также уменьшаются.
Статическая чувствительность измерялась по смещению центра корректора при подаче напряжения на центральный электрод и на все электроды одновременно. В первом случае амплитуда перемещения составила 1,7 мкм при подаче напряжения 150 В, а во втором - 3 мкм. Измерения проводились на зеркале с кварцевой подложкой толщиной 3 мм и диаметром 46 мм.