光参量放大拼接晶体加工误差补偿系统设计

晶体拼接技术能够解决光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题,从而有效地提高放大器的输出能力。晶体加工误差补偿是晶体拼接要解决的核心问题之一。对拼接晶体加工误差对光束质量的影响进行了分析,设计了拼接晶体加工误差补偿方案,设计并加工完成拼接晶体加工误差补偿能动反射镜。通过实验验证了拼接晶体加工误差补偿方案的可行性和稳定性,同时证明了该系统满足晶体拼接要求。     

基于小口径反射镜的大口径拼接光栅压缩器设计

为实现大口径拼接光栅拼接误差的高频高精度补偿的工程应用,提出了一种基于小口径反射镜补偿大口径拼接光栅压缩器拼接误差的方法。基于双程Z型压缩器,分析了小口径反射镜补偿量与拼接误差的关系,采用光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理定量计算了各拼接误差补偿后对远场能量分布的影响,证明了该方法原理的正确性,并得到了直接驱动光栅与反射镜补偿时的各误差容限,结果表明该方法能极大降低拼接光栅的精度要求。     

子孔径拼接干涉检测中机械定位误差的补偿

为减少子孔径拼接干涉检测中机械精度引起的定 位误差对检测结果造成的影响,在一般的调整误差 拼接算法上加入机械定位误差的补偿项,建立了补偿机械误差的综合优化方法。针对参考 面未知的拼接 干涉检测,研究了应用极大似然估计法拟合出用Zernike多项式表示参考面面形分布的方法 ,在除去参考面 面形后采用补偿机械误差的算法拼接。模拟对比实验表明,在相同的机械精度下,机械误 差补偿算法得 到的全口径相位差异分布均方根(RMS)值减少到近一般调整误差 拼接法的1/6,机械误差补偿算法拼接精度高于一般 调整误差拼接法。在搭建的拼接检测装置上检测口径为280mm的平面 镜,与大口径干涉仪检测的全口径相位差异分布的峰谷(PV)值为 0.099λ,R MS值为0.006λ,验证了综合优化方法在重构 参考面面形基础上能有效补偿机械定位误差。     

基于子孔径相位误差拼接的相位梯度自聚焦算法

随着雷达技术的发展,合成孔径雷达的成像精度也得到了大幅提升,与之相匹配的,也需要能更精确地进行运动补偿的算法。由于惯导精度无法满足需求,如果仅使用惯导数据对运动误差进行补偿,补偿的结果中含有残余的距离单元徙动,这会损失图像的精度。本文首先分析了残余的距离单元徙动对快速分解后向投影成像算法和相位梯度自聚焦算法的影响,再将用于聚束SAR相位误差补偿的相位梯度自聚焦算法进行优化,提出了基于子孔径相位误差拼接的相位梯度自聚焦算法,使其可以对残余的距离单元徙动进行补偿,并可以将其应用到条带SAR的运动补偿中,最后利用Ku波段雷达的实测数据验证算法的有效性。     

环形子孔径拼接检测非球面中的数据处理和标定

利用环形子孔径拼接法,无需零位补偿就能够实现对大口径非球面的测量.但是用干涉仪直接测得的各子孔径的相位数据中包含非共光路误差,同时必须把各子孔径的CCD像素坐标统一归化到镜面上,才能够实现全口径的拼接.提出了一种用干涉仪MetroPro软件中的Fiducial功能模块标定坐标投影畸变的新方法,同时利用Zemax软件模拟非共光路误差,并利用编制的相位拟合软件对该误差进行Zernike多项式拟合,从而很好地实现了坐标统一,并使非共路误差从相位分布中剔出.结合实例对一口径为350 mm的非球面进行了拼接实验,并将拼接结果与零位补偿检测结果相对比,结果吻合,其PV值和RMS值的偏差分别为0.031 λ和0.005 λ(λ=0.6328μm).     

全息拼接光栅的误差研究

为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。     

非零位拼接检测凸非球面金属反射镜

随着单点金刚石车削技术和抛光技术的发展,实现了金属反射镜的快速高效低成本制造。然而,金属反射镜的检测手段存在明显不足,尤其是没有一种快速、高效的检测手段用于检测凸非球面金属反射镜。为提高凸非球面金属反射镜的检测效率,提出一种非零位拼接检测凸非球面金属反射镜的检测方法。结合工程实例,对口径为120 mm,顶点曲率半径R为1121.586 mm,二次曲线常数K为?2.38的凸非球面金属反射镜进行了拼接检测实验,拼接所得面形误差均方根值（RMS）为0.016λ(λ=632.8 nm)。与Luphoscan检测结果对比,验证了非零位拼接检测方法的检测精度RMS为0.007λ,结果表明该方法能够实现凸非球面金属反射镜的快速、高效检测。     

子孔径拼接检测光学平面反射镜技术

干涉检测作为高精度光学面形加工的基础,其检测精度决定了加工精度。为了解决大口径光学平面反射镜检测问题,基于子孔径拼接算法,提出了一种拼接因子用于重叠区域取值,同时利用 100mm口径干涉仪对120mm口径平面反射镜完成拼接检验,并将拼接检测结果与利用150mm 口径干涉仪直接检测结果进行了对比分析,实验结果表明,拼接结果无拼痕,拼接检测结果与全口径测量结果PV 与RMS 的相对偏差分别为7.25%与7.14%,检测面形是一致的,由此验证了拼接检测的可靠性和准确性。     

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm 的碳化硅凸非球面反射镜进行了9 个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV 值和RMS 值的偏差分别为0.043和0.021（=632.8 nm）。     

对基于拼接干涉术的同步辐射镜测量技术的研究

随着同步辐射光源和自由电子激光器相关技术的发展和光束质量的提升,对用于转递和聚焦光束能量的X光反射镜的指标要求也逐渐提高。为避免引入额外的波前误差,反射镜面形高度误差均方根值的要求已逼近至亚纳米量级。如此苛刻的面形要求对X光反射镜的测量工作带来了极大的困难和挑战。除了在各国同步辐射光源得到广泛使用的长程轮廓仪等基于角度测量的轮廓扫描仪器之外,基于激光干涉仪的拼接干涉技术也发展为测量同步辐射镜的一种有效手段。文中主要介绍了近期笔者等为测量X光反射镜而开发的拼接干涉平台。利用这一测量平台,研究了在不同的拼接参数下的多种拼接模式。着重讲述了其中纯软件拼接模式的基本原理和实际测量。用实测结果与不同测量仪器和不同研究机构的结果进行比对,验证了拼接干涉测量用于检测同步辐射镜的有效性,并展示了此拼接平台的测量表现。根据所得的测量数据看来,使用纯软件拼接模式来测量X光平面反射镜时,测量重复性的均方差值可以达到0.1 nm左右;而测量X光双曲柱面镜时(曲率半径的变化范围为50~130 m),测量重复性的均方差值为0.2~0.3 nm。此结果基本满足平面和接近平面(曲率半径大于50 m)的同步辐射镜常规检测和为确定性加工提供面形反馈的需要。     

弹道相机面阵CCD焦平面的光学拼接

随着科学技术的发展,弹道相机也向着高分辨率、大视场方向发展.由于现有CCD不能满足大视场的要求,因此需要多个CCD进行拼接.本文研究了面阵CCD光学拼接技术,阐述了弹道相机光学拼接的原理和焦平面结构,对拼接误差进行了分析,并针对弹道相机采用两片1 K×2 K面阵CCD进行了拼接实验.实验结果表明,该方法的搭接误差＜2μ...     

利用晶体拼接实现大口径会聚光束三倍频

惯性约束聚变激光驱动器中,熔石英透镜的紫外激光损伤问题一直是限制其负载能力提升的重要因素。对此提出了一种新的大口径光束三倍频构型方案,将三倍频晶体置于聚焦透镜之后,在基频光和倍频光的会聚过程中实现和频。大口径会聚光束的入射角度达36.35 mrad,为满足相位匹配条件,三倍频晶体采用相位匹配接受角度更大、损伤阈值更高的LBO晶体。理论分析表明,3块切割角度不同的LBO晶体拼接即可满足会聚光束相位匹配容忍角的要求。原理性实验也验证了该方案的可行性。该构型不仅能规避熔石英透镜的紫外激光辐照,提升激光驱动器的负载能力,而且能突破LBO晶体的口径受限问题。     

导轨运动误差对CCD拼接影响分析

对于大视场、高分辨率空间CCD相机,多片CCD拼接技术仍是目前解决单片CCD线阵像元数目及其长度不能满足需求的主要手段,多片CCD器件的拼接精度直接影响CCD焦平面子系统的成像质量。焦平面CCD器件的拼接是在专用工具CCD拼接仪上完成的,CCD拼接仪的综合拼接误差决定了CCD器件的拼接精度。本文基于三坐标测量机的测量误差空间数学模型,推导出了由于直线导轨的运动误差引起的CCD拼接仪系统拼接误差的完整计算公式,通过对公式进行分析并实例计算,结果表明除了直线导轨的线位移运动误差外,由于直线导轨的角位移运动误差引起的阿贝拼接误差也是CCD拼接仪系统拼接误差的重要组成部分,而且由于CCD拼接仪的仪器构成特点以及三维空间工作特性,很难通过优化仪器布局来同时消除所有方向的阿贝误差。通过对各种消除或减小CCD拼接仪系统拼接误差的方法进行探讨,得出结论：采用误差补偿技术是减小CCD拼接仪系统拼接误差的有效方法。     

非共线角与相位匹配角对YCOB晶体OPCPA增益光谱影响的研究

主要通过理论和实验研究相位匹配角和非共线角对三硼酸钙钇(YCOB)晶体光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的放大光谱产生的影响。理论上,通过数值模拟计算发现,基于YCOB-OPCPA的放大光谱对相位匹配角和非共线角的变化均比较敏感,当相位匹配角或非共线角有微小变化时,增益光谱将会出现中心波段漂移和窄化现象,但当非共线角在2.80°~2.91°之间变化时,总能找到一个理想的相位匹配角与之匹配,满足带宽大于80nm的宽带OPCPA放大。为了获得高效率宽带OPCPA放大输出,提出一种基于高精密CCD的非共线角的测量方法,并利用该方法在实验中研究了不同非共线角下YCOB晶体OPCPA的光谱增益特性,并获得宽带放大光谱,为单次OPCPA调试实验提供参考。     

幅度取样光纤光栅拼接制作技术的分析与研究

提出了一种可用于制作高反射率纯幅度取样光纤光栅的拼接技术方案,并对拼接误差和拼接次数对取样光栅光谱特性的影响进行了详细的理论分析和研究。理论分析结果表明,采用拼接技术可以获得良好的多波长取样光纤光栅反射谱,拼接误差对取样光栅反射谱的影响主要取决于拼接次数。在拼接三次时,可接受的拼接误差仅为±0.1μm;但在只拼接一次的情况下,拼接误差达±5μm时仍可获得良好的多波长反射谱。     

大口径碳化硅反射镜面形子孔径拼接干涉检测

为了突破大口径反射镜面形检测的瓶颈,提出了子孔径拼接干涉检验方法。分析研究了子孔径拼接的基本原理与实现流程。基于三角剖分算法、最小二乘拟合和齐次坐标变换等建立了综合优化子孔径拼接数学模型。结合工程实际,规划7个子孔径完成了口径为800mm的大口径碳化硅反射镜的拼接测量,获得了全口径面形分布。利用基准靶标并基于迭代算法实现了镜面物理坐标与拼接像素坐标之间的转换,从而为大口径反射镜后续数控精确加工提供了依据。     

一种降低平面子孔径拼接累积误差的方法

干涉仪参考镜面形离焦误差难以精确标定,是导致拼接累积效应、制约平面子孔径拼接系统检测精度的主要因素。推导了参考镜离焦与拼接累积误差、拼接次数间的定量表达式,基于该表达式在拼接过程中标定并去除参考镜离焦误差,降低拼接累积误差。对450 mm×60 mm的平面镜进行了8个子孔径的拼接检测,与大口径干涉仪检测结果比对,去除参考面离焦误差前后拼接测量误差峰谷(PV)值从λ/10减小至λ/30,有效提高了拼接测量精度。结合绝对检验技术标定参考镜高阶面形误差,验证了离焦是引起拼接误差累积的主要因素,消除参考镜高阶面形误差并不能显著提高拼接检测精度。     

非球面非零位拼接测量的对准误差模型

为消除非零位拼接检测非球面中对准误差对拼接结果的影响,建立了基于对准误差修正的优化拼接模型;在非零位检测非球面对准误差模型的基础上,分析对准误差各误差分量的表现形式及影响规律,并建立了基于对准误差补偿的拼接检测非球面的数学模型,实现子孔径的高精度拼接合成。实验表明,该方法可以有效地提高拼接测量精度,经过对准误差校正的拼接测量结果的PV值精度可达0.03λ。     

光栅拼接旋转误差检测系统

拼接光栅技术是提高高功率激光器输出能量的一条可能途径,为保障高功率激光器光束时空光束质量,拼接光栅角度误差必须小于0.4μrad,位移偏差小于20 nm。为了满足光栅拼接调整系统的高精度高稳定性要求,设计了光栅拼接旋转角度偏差检测方案用于测量两块相邻光栅之间的相对空间姿态。测量系统测量光束与压缩器主光束同轴,利用相移式干涉仪测量待测光,得到若干干涉图样,通过快速傅里叶变换还原波前得到相邻两块光栅相对空间角度偏差。通过实验验证了检测系统的理论可行性,目前在小口径光束下精度达到0.45μrad。测量方案结合拼接光栅只需要测量波面倾斜误差的要求,简化了干涉测量光路及图像分析流程,有利于光栅拼接技术的工程化应用。     

基于迭代梯度算法的子孔径拼接检测技术研究

为了解决粗大调整误差下大口径光学平面镜的子孔径拼接检测问题,基于迭代梯度算法,建立了一套合理的拼接算法和数学模型,同时编制了拼接程序。结合工程实例,利用Φ600mm干涉仪实现了对Φ800mm平面镜的拼接测量。检测中,基于靶标对各子孔径实现对准,拼接所得面形光滑连续无狭缝。实验结果表明,利用迭代梯度算法可以高精度地完成粗大调整误差下大口径平面镜的拼接检测。