高功率激光装置光学元件“缺陷”分布与光束近场质量统计规律研究

作     者：周丽丹 

作者单位：中国工程物理研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：张小民;粟敬钦

授予年度：2009年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：“缺陷”分布 光束质量 功率谱密度 光学元件 统计方法 指标 空域 频域 光传输 

摘      要：光学元件上微米到毫米量级的灰尘、杂质、划痕、麻点以及亚表面缺陷等“缺陷是影响高功率激光装置输出性能、制约负载能力提升的“瓶颈因素。明确“缺陷分布的表征参量,建立表征参量与装置输出光束近场质量之间的定量关系,并获得光学元件“缺陷分布指标的分解方法,是目前高功率激光装置负载问题研究中的当务之急。基于上述需求,本论文主要进行了以下几方面的工作: 一、定性研究了“缺陷分布与光束近场质量的空域统计关系:建立了“缺陷分布空域统计模型,抽象出两个重要的统计参量——“缺陷总密度和分布幂指数;理论研究了光束近场强度分布的统计性质,得到了统计特征参量——强度平均值和强度对比度;数值分析了线性和非线性传输时“缺陷分布的空域参量与光束近场质量的关系。结果表明,“缺陷总密度的增加、分布幂指数的减小都会使近场强度对比度增加,近场质量变坏。 二、明确了“缺陷分布频域统计性质的表征参量——功率谱密度（Power SpectralDensity,简写为PSD）;研究了“缺陷分布PSD的系综平均,并基于“缺陷分布空域模型研究了“缺陷分布PSD系综平均与空域统计参量的关系。 三、定量研究了“缺陷分布与光束近场质量的频域统计关系:基于光传输理论,建立了弱调制假设下单一位置及多个位置“缺陷分布的PSD与近场归一化强度调制PSD的理论关系,验证并讨论了不同传输条件时（线性介质、非线性介质、空间滤波器以及级联介质传输等）二者的具体关系。结果表明,弱调制下,传输后的近场归一化强度调制PSD与引起调制的“缺陷分布PSD通过系统的传输因子联系,传输因子与系统的构型和运行状态相关。以原型装置助推段为例,基于传输因子研究了不同运行光强下“缺陷分布对输出近场质量的影响规律。 四、探索了基于传输因子的光学元件“缺陷分布指标分解方法。以原型装置为例,分解了系统关键部位的“缺陷分布PSD指标。