高功率激光裝置靶場中的小焦斑精確定位技術(shù)研究.pdf

1、高能高功率密度激光是開展慣性約束聚變、武器物理、天體物理、固體物理等相關(guān)科學研究的重要條件。為在靶點獲得高功率密度激光，一般采用多路(超)短脈沖激光聚焦打靶。多路激光與物理實驗靶的精確耦合是關(guān)系到物理實驗成敗的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的焦斑檢測及聚焦定位技術(shù)已不能滿足高功率密度激光、特別是快點火驅(qū)動器對小尺度聚焦光斑（微米級直徑的焦斑）的高精密束靶耦合的需求。為解決這一問題，本論文針對小尺度焦斑的精確定位技術(shù)開展研究。首先對該技術(shù)的兩個核心問題開展研

2、究：研究如何實現(xiàn)小尺度焦斑位置的高精度檢測以及如何實現(xiàn)小尺度焦斑的精確聚焦；在此基礎(chǔ)上，研制了小尺度焦斑精確定位控制系統(tǒng)。
　　受限于CCD像元尺寸限制，基于CCD的焦斑檢測技術(shù)一般不能夠檢測微米級直徑的小尺度焦斑。為了解決這一問題，本論文提出了一種基于CCD掃描成像技術(shù)的高精度焦斑尺寸檢測方法。該方法以移動 CCD為特征，由 PZT驅(qū)動的精密位移平臺移動 CCD，對焦斑進行掃描測量。本論文首先建立了基于CCD掃描成像技術(shù)的小尺度

3、焦斑檢測方法的理論模型。本模型為第3章和第5章的實驗研究提供理論支撐。利用此模型，對小尺度焦斑的質(zhì)心位置及相對強度分布進行了數(shù)值研究。數(shù)值模擬了理想高斯光斑、加噪聲的高斯光斑、加高斯調(diào)制的高斯光斑以及不規(guī)則型光斑的質(zhì)心位置及相對強度分布。理論研究表明，對于10μm左右直徑的焦斑，其質(zhì)心位置測量誤差為0.9μm。此結(jié)果證明了利用此硬細分方法可以對亞像元尺度的焦斑進行檢測。在此基礎(chǔ)上，提出并實驗研究了基于多像元信息融合的蛇形掃描光斑強度重構(gòu)

4、法。研究表明，此方法可以最大限度的利用其臨近像元獲取的信息，可以顯著減少掃描步驟，縮短了檢測時間。
　　靶點激光的精確聚焦是實現(xiàn)小尺度焦斑位置的精確控制的前提。為實現(xiàn)靶點激光的精確聚焦，本論文提出并研究了離軸拋物面鏡精密聚焦控制方法。該方法采用離軸拋物面鏡為反射式聚焦元件，以反射式聚焦方案代替透射式聚焦方案，以避免短脈沖激光在透射元件中傳輸產(chǎn)生的色散及非線性效應(yīng)問題。為了實現(xiàn)激光的精確聚焦控制，本論文建立了離軸拋物面鏡聚焦系統(tǒng)的仿

5、真模型。利用此模型，計算并分析入射光束失準角、發(fā)散角等因素對離軸拋物面鏡聚焦特性的影響。研究結(jié)果表明：入射光束失準角對離軸拋物面鏡的聚焦特性影響顯著，而入射光束的發(fā)散角對聚焦特性影響較小。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，本論文將小尺度焦斑位置的精確檢測技術(shù)與小尺度焦斑的精確聚焦技術(shù)相結(jié)合，研制了由離軸拋物面鏡、雙聯(lián)動反射鏡構(gòu)成的聚焦控制系統(tǒng)，用以在實驗上研究并驗證小尺度焦斑位置的精確控制技術(shù)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)的焦斑位置控制精度優(yōu)于1μm