三镜结构狭缝型空间滤波器的像差分析

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1、三镜结构狭缝型空间滤波器的像差分析中文摘要三镜结构狭缝型空间滤波器的像差分析中文摘要空间滤波技术是解决高能/高功率激光系统“功率受限”问题的核心技术。新型线聚焦型狭缝空间滤波技术可以大幅度提高聚焦面积、缩短透镜焦距，有可能达到抑制堵孔效应和减小系统体积的目的，因此成为高能/高功率激光系统发展中的热点技术之一。但是，随着透镜F数的降低，像差会引起光束远场分布变化，如分裂、弯曲、倾斜等，从而影响滤波能力，甚至使聚焦主瓣无法通过狭缝。针对上述问题，本文研究了“柱-球-柱”三镜结构狭缝滤波器的像差问题。分析了在像差光束通

2、过理想狭缝滤波器、理想光束通过带有像差的狭缝滤波器以及像差光束通过带有像差的狭缝滤波器三种情况下，使用方形域内正交Zernike多项式对像差函数进行展开，结合角谱理论计算狭缝边缘光辐照强度、输出光束的近场对比度、近场调制度以及总体能量透过率等性能的变化情况。结果表明：像差的影响大小与其离轴项的阶数有关，球差和彗差对“柱-球-柱”结构狭缝滤波器影响最大。滤波器F数为14时，球差系数大于0.15μm、彗差系数大于0.12μm时，输出光束近场调制度和近场对比度增幅超过10%；当滤波器的F数降低至10时，球差和彗差系数大

3、于0.11μm和0.06μm时，输出光束近场调制度和近场对比度增幅就超过了10%；当滤波器的F数增加至20时，球差和彗差系数分别大于0.25μm和0.15μm时，输出光束近场调制度和近场对比度增幅超过10%。本论文的研究结果对于今后狭缝滤波器在高功率激光系统中的应用具有一定的参考价值。关键词：狭缝滤波；初级像差；F数；数值计算；像差系数作者：贺国坛指导教师：袁孝（教授）IWave-frontaberrationanalysisofthree-lensconfigurationslitspatialfiltersA

4、bstractWave-frontaberrationanalysisofthree-lensconfigurationslitspatialfiltersAbstractSpatialfilteringtechnologyisthekeytechnologytosolvethepower-limitedprobleminhighpowerlasersystems.Theline-focusingslitspatialfilteringtechnologycanincreasetheareaoffocalspot

5、anddecreasethefocallengthofthelenseswhichispossibleforaslitspatialfiltertosuppressthepinholeclosureandreducethedimensionofthelasersystem.AstheFnumberisreducedinslitspatialfilters,thewave-frontaberrationsmaycauseahugechangeoflightdistributionsuchassplitting,be

6、ndingandtilting.Thechangeoflightdistributionwillaffectthefilteringcharacteristicsoftheslitspatialfilter.Thepurposeofthisthesisistofigureouttheinfluencesofwaveaberrationsinathree-lensconfigurationslitspatialfilter.Therelativechangesofthepeakintensityirradiated

7、ontheedgeofthetwoslitsandthenear-fieldcontrastaswellasthenear-fieldmodulationwereusedtoanalyzedfilteringeffectsasanaberratedlaserbeampassingthroughanidealslitfilterandanideallaserbeampassingthroughanaberratedslitfilterandanaberratedlaserbeampassingthroughanab

8、erratedslitfilter,respectively.ThewaveaberrationswereexpandedwiththeZernikepolynomialsinsquarearea.Thesimulationresultshowsthattheinfluencesofeachprimaryaberrationareconnectedwiththeirord