方形區(qū)域上波前的模式描述及其在ICF系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、在慣性約束聚變（ICF）系統(tǒng)中，作為驅(qū)動(dòng)器的固體激光器的光束質(zhì)量是激光器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。這些激光驅(qū)動(dòng)器大多數(shù)采用了方形口徑的光學(xué)系統(tǒng)。在我國(guó)的神光III原型裝置中，同樣采用了大口徑方光束激光系統(tǒng)。在這些激光系統(tǒng)中通常采用波前相位分布的峰谷差PV（Peak-to-Valley Value）、波前梯度均方根GRMS（Root-Mean-Square of Gradient）以及波前功率譜密度PSD（Power Spectral Densit

2、y）等來(lái)描述波前。然而，PV值和GRMS值沒(méi)有提供關(guān)于波前特性空間特性分布的足夠信息，PSD主要用于描述波前中的高頻空間特征，因此需要有一種手段或者工具，使得我們能夠透過(guò)相位空間分布數(shù)據(jù)看到這些數(shù)據(jù)的構(gòu)造，從而為系統(tǒng)的研究提供有價(jià)值的信息。用具有特定結(jié)構(gòu)的正交基函數(shù)對(duì)波前進(jìn)行展開(kāi)是了解波前特性的重要途徑。
　　對(duì)在圓形區(qū)域上如何用多項(xiàng)式來(lái)展開(kāi)并描述波前已經(jīng)有了充分的研究。然而在方形區(qū)域上尚沒(méi)有建立能夠用來(lái)表述光學(xué)像差的正交多項(xiàng)式系

3、列來(lái)用于系統(tǒng)的像差分析。本文以正方形口徑的光學(xué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開(kāi)展模式波前描述問(wèn)題的研究。
　　首先研究了圓域Zernike多項(xiàng)式在正方形區(qū)域上進(jìn)行波前重構(gòu)的性能。研究表明，在具有對(duì)系統(tǒng)波前空間分布的足夠先驗(yàn)知識(shí)的情況下，圓域Zernike多項(xiàng)式直接用于方形區(qū)域上的波前展開(kāi)是可能的，但它并不適合于定量描述像差的構(gòu)成。
　　基于圓域Zernike多項(xiàng)式，構(gòu)造了正方形區(qū)域上的正交多項(xiàng)式系列，為方形區(qū)域上波前的表述提供了一個(gè)基礎(chǔ)工具。

4、同時(shí)對(duì)方形域Zernike多項(xiàng)式進(jìn)行了仿真研究。除了正交化特性之外，方形域Zernike多項(xiàng)式仍然具有可方便地與經(jīng)典光學(xué)像差之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)；模式系數(shù)與波前方差之間存在簡(jiǎn)單的關(guān)系。本文還研究了如何采用哈特曼波前傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)這些模式進(jìn)行有效的探測(cè)，針對(duì)哈特曼傳感器采樣陣列數(shù)的設(shè)計(jì)提出了基本方法。
　　針對(duì)我國(guó)神光III原型裝置的需要，研究了方形域Zernike模式在裝置設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的應(yīng)用，為系統(tǒng)中波前傳感器的設(shè)計(jì)、原型裝置的光學(xué)系