Диагностика лазерных пучков и управление их пространственными характеристиками методами адаптивной оптики

• Автор: Шелдакова, Юлия Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Глава 1. Методика исследования основных параметров лазерного пучка
1.1. Классификация современных методов расчета основных параметров
лазерного пучка
1.1.1. Определение параметров пучка согласно международному стандарту
ISO/DIS 11146
1.1.2. Альтернативные методы измерения размеров пучка
1.1.3. Измерение параметров лазерного пучка с использованием распределения
Вигнера и функции взаимной спектральной плотности
1.1.4. Измерение параметров лазерного пучка с использованием жидких
кристаллов
1.2. М2-датчик для измерения основных параметров лазерного излучения
1.3. Факторы, влияющие на точность измерений диаметра лазерного излучения
1.4. Программное обеспечение для измерения основных параметров лазерного
излучения
Выводы к Главе
Глава 2. Диагностика волнового фронта лазерного излучения
2.1. Датчик волнового фронта Шака-Гартманна
2.2. Интерференционный метод измерения волнового фронта
2.2.1. Методы обработки интерференционных картин
2.2.1.1. Алгоритм поиска экстремумов
2.3. Исследование оптических поверхностей с помощью датчика Шака-Г артманна
и интерферометрического метода
Выводы к Главе
Глава 3. Управление параметрами лазерного излучения
3.1. Биморфное деформируемое зеркало
3.2. Система апертурного зондирования и алгоритмы управления
3.3. Коррекция лазерного излучения
3.3.1. Коррекция излучения титано-сапфирового лазерного излучения
3.3.2. Коррекция излучения твердотельного лазера
3.4. Юстировка внеосевого параболического зеркала

3.4.1. Метод юстировки параболического зеркала по параметру М2
3.4.2. Исследование качества поверхности параболического зеркала
3.4.3. Коррекция искажений параболического зеркала
3.4.4. Сравнение метода покоординатного спуска с методом фазового
сопряжения
Выводы к Главе
Заключение
Литература

Актуальность проблемы
Для решения многих задач современной лазерной физики требуется
сконцентрировать как можно большую энергию излучения на поверхности мишени. Так, например, для исследования взаимодействия излучения фемтосекундного титано-сапфирового лазера с различными материалами, необходимо получить наибольшую плотность мощности в фокусе внеосевого параболического зеркала. Однако, как показывают последние экспериментальные исследования в различных лабораториях, достижение максимальных значений яркости фокального пятна невозможно без использования методов и элементов адаптивной оптики [1,2].
С помощью адаптивных оптических систем можно компенсировать искажения волнового фронта, а также управлять модовым составом лазерного излучения. [1,3,4]. Одним из основных элементов таких систем, является датчик волнового фронта, сигнал с которого через электронную систему поступает на исполнительный элемент - корректор или гибкое зеркало [5-7]. По заданному алгоритму профиль поверхности зеркала изменяется для компенсации фазовых искажений падающего излучения. Для измерения волнового фронта широко используются интерференционные методы [8,9], а также датчики Шака-Гартмана [10]. Техническая реализация последних намного проще интерферометрических методов. Более того, они специально ориентированы на диагностику волнового фронта лазерных пучков.
Одним из недостатков применения измерителей волнового фронта в системах коррекции аберраций лазерного излучения является сложность диагностики фазовых искажений после всех элементов, составляющих оптическую схему. Датчик волнового фронта располагается, как правило, перед фокусирующим элементом, и

главным элементом датчика и представляет собой тонкую плоскую пластину с вытравленной на ней сеткой из микролинз (Рис. 2-1). Каждая линза формирует фокальное пятно, положение которого зависит от локального наклона участка волнового фронта 5фх и 8(ру относительно опорного фронта - эталонного распределения волнового фронта, с которым сравнивается реальный волновой фронт. В общем случае форма опорного волнового фронта может быть произвольной, однако, в большинстве приложений в качестве опорного используется плоский волновой фронт. Фокальное пятно, падающее на отдельную микролинзу, оказывается смещенным на некоторую величину 68Х и йБу относительно положения пятна для опорного волнового фронта (Рис. 2-2). Анализируя значения смещений по всей апертуре пучка, можно вычислить локальные наклоны волнового фронта для каждого элемента микролинзового растра, а по ним восстановить всю структуру фазовой поверхности [44]-[45].
Рис. 2-1. Микролинзовый растр Выражение для смещения фокальных пятен можно записать следующим образом:
Микролинзы
$<РХ _ 8(ру
(2-1)