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《用剪切干涉法测气动窗口流场对光束质量影响①》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第13卷 第6期强激光与粒子束Vol.13,No.62001年11月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.,2001文章编号:100124322(2001)0620670205①用剪切干涉法测气动窗口流场对光束质量的影响陈付幸, 刘天华, 姜宗福, 李文煜(国防科学技术大学理学院定向能技术研究所,湖南长沙410073) 摘 要:利用横向剪切干涉仪对测量环境要求不高的优点,提出用横向剪切干涉仪测量气动窗口流场对光束质量的影响;给出测量原理,解决了干涉条纹难以判读的难点。并对稳定工作状态下自由旋涡气动窗口流场对光束质量的影响进行实验
2、研究。以斯特列尔比为评价标准,测量给出自由旋涡气动窗口在稳定工作状态下对光束质量的影响程度。结果表明,当自由旋涡气动窗口工作在理论设计条件下时,对光束质量的影响比较小,能较好满足任务需要。 关键词:剪切干涉; 气动窗口; 数字图像处理; 斯特列尔比 中图分类号:TN248;O354文献标识码:A 随着大功率激光器的发展,气动窗口的研究显得越来越重要,气动窗口流场对光束质量影响的研究[1]是其中一个重要方面。对它的测量,通常采用纹影法、全息法等。但这些方法都有一个共同的缺点:对测量的环境和装置要求太高,不利于实验的进行;远场光斑法测量存在有结果不易分析、难
3、以达到较高精度的缺点。本文采用横向剪切干涉仪作同一测量,降低了实验要求,简化了实验装置,使实验更容易进[2～5]行,并能达到相当高的测量精度。但这一方法存在干涉条纹难以判读的缺点,本文妥善地处理了这[1]一问题,并给出了自由旋涡气动窗口流场对光波前影响的测量结果。1 测量原理 光通过透明无色气流,其折射率的不均匀只能改变光波前的相位或传播方向,不会使振幅发生变化。用干涉法可以将相位的改变转化为光强分布的变化,得到干涉条纹。通过对干涉条纹的分析,得到波前相位的畸变情况。在实际测量条件下,n(x,y,z)-n0的值一般很小,所以,以下讨论中忽略光束在[6]流场中
4、的偏折,只考虑光波前相位的变化。1.1 横向剪切干涉 横向剪切干涉是将被测波面剪切为两个,这两个波面错开一定距离后重叠发生干涉。与普通的干涉仪不同,横向剪切干涉不需要参考波面,两个波面经过同一路径,发生比较干涉。这就决定了横向剪切干涉对振动、温度扰动不敏感,对测量环境要求不高。同时,比较干涉的特性也决定了横向剪切干涉条纹反[4]映的是波面的变化梯度而不是直接反映波面的形状,这是使用这种方法的困难所在。 设待测的波前为w(x,y),在x方向剪切,剪切量为s,则被剪切波前为w(x+s,y)。W(x,y)的光场为E(x,y)=Aexp[ikw(x,y)](1)则
5、剪切干涉条纹图为22I(x,y)=ûAexp[ikw(x+s,y)]+Aexp[ikw(x,y)]û=ûAû{2+2cos[k$w(x,y)]}(2)式中:$w(x,y)=w(x+s,y)-w(x,y),为波前在(x,y)点上x方向的差分值;k为波数。干涉条纹可表示为$w(x,y)=DK(3)式中:D为干涉级次;K为探测光波长。由(2)式可知当$w(x,y)变化比较小时,在实际测量中,有限的视①收稿日期:2000212204;修订日期:2001208206基金项目:国防预研项目资助课题作者简介:陈付幸(19762),男,博士,目前主要从事图像处理研究。©199
6、5-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第6期陈付幸等:用剪切干涉法测气动窗口流场对光束质量的影响671场范围内很难得到多级干涉条纹,使得后续的波前恢复无法进行;同时为解决干涉条纹难以判读的问题,干涉时在x方向上引入一倾斜量Dx=Hkx,H为倾斜角,则干涉图样为2I(x,y)=ûAû{2+2cos[k($w(x,y)+xH)]}(4)当没有剪切量时,得到等厚干涉条纹图2I(x,y)=ûAû[2+2cos(kxH)](5) 由于加入了等厚干涉的调制,在干涉图形上,干涉条纹的级次按顺序
7、依次变化,可以得到相对干涉级次。沿剪切方向,选取参考点(xi,y),i=1,⋯,m,该m为参考点数,参考点间距等于剪切量s。仅有等厚干涉时,由(5)式知道,参考点(xi,y)处的干涉级次为Hxi=NxK(6)i式中:K为探测光的波长;Nx为相对干涉级次。由(3),(4),(6)式知道,有剪切量、无气流通过时参考点i(xi,y)处的干涉级次关系式为$w(xi,y)+xiH=(Nx+Dx)K(7)ii有气流通过时关系式为’’$w(xi,y)+xiH=(Nx+Dx)K(8)ii’式中:Nx为仅有等厚干涉时参考点(xi,y)处的干涉级次;Dx和Dx分别为不同条件下参考
8、点相对干涉级iii次的变化。由(7),
