基于自适应光学激光输出特性理论和实验的研究

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1、分类号学号612300200672498学校代码10487密级硕士学位论文基于自适应光学的激光输出特性的理论与实验研究学位申请人：周华东学科专业：光电信息工程指导教师：陈海清教授答辩日期：2008.6.1ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyonCharacteristicofLaserOutputbasedonAdaptiveOpticsCandidate:ZhouHuadong

2、Major:Opto-electronicsInformationEngineeringSupervisor:Prof.ChenHaiqingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJune,2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明

3、的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要热畸变效应是阻碍高功率固体激光器发展的重要因素之一。随

4、着泵浦功率的提高，热载荷也相应增加，晶体材料内部产生热致双折射和透镜效应，导致激光器的光束质量大幅下降。可以使用相位共轭镜和衍射光学器件来减少激光器的热畸变，然而这仅仅对于静态畸变有效。为了改善激光光束的动态畸变，自适应光学是一种有效的补偿技术。但传统的自适应光学系统不仅复杂而且价格昂贵，这限制了它的应用。随着基于硅微加工的MEMS技术的发展，搭建低成本和低复杂度的自适应光学系统成为了可能。本文用基于MEMS技术的微变形反射镜搭建了一个内腔自适应光学系统，来补偿激光谐振腔内的热畸变。本文从谐振腔光学理论出发，首先讨论了热畸变效应产生的

5、物理机制，介绍了几种常见的热透镜效应的测量方法，比较了不同的热透镜效应补偿方法。借鉴这些测试方法及补偿方案，根据本项目的特点，提出了利用参考光测试激光器腔内畸变，使用自适应光学系统补偿该畸变的实验方案。波前传感器和波前校正器是自适应光学系统中关键的两个器件。本文详细探讨了哈特曼波前传感器的工作特性以及基于泽尼克多项式的模式法重构波前。研究了微变形反射镜的控制理论，对相关参数进行测试，获取了联系电极电压与镜面变形的影响函数矩阵，为实现自适应光学系统实验平台做好充分准备。在闭环控制算法方面，建立了非线性的计算和控制模型来控制微变形反射镜的

6、驱动电压。由于精确的控制微变形镜表面变形非常困难，因此采用了一种改进后的自适应控制算法以产生所需要的波前来补偿激光畸变。最后搭建了内腔自适应光学系统补偿激光畸变的实验平台，开发了闭环控制软件，并对其开环、闭环性能进行了实验测试。开环实验验证了内腔微变形镜能改善激光光斑形状，提高输出功率，证实了方案的可行性。闭环测试结果表明，内腔自适应光学系统可以很好的补偿激光谐振腔内畸变，改善激光光束质量，提高激光输出功率。关键词：内腔补偿热畸变自适应算法微变形反射镜波前传感器IAbstractThermaldistortioneffectswere

7、oneofthemainimpedimentstobeovercomeindevelopinghighpowersolid-statelaser.Withtheincreasingheatloadinducedbythehighpumppowersdepositedintothegainmedium,performanceoflaserwasdegradedduetothermallyinducedbirefringenceandlensinginthegainmaterial.Somepiecesofglasscouldbeshap

8、edtoprovideaphaseshiftthatcanceledoutthedistortions.Butthesepiecesofglassonlyworkedwellforstaticdistortion.Ada