强激光系统光学元件损伤暗场成像检测可行性研究

摘要

惯性约束聚变ICF中的光学损伤检测，是强激光系统光学元件损伤的在线暗场成像检测。无损、自动、快速检测是一种必然要求：本文先指出点火装置对自动损伤检测的迫切要求。然后在实验室条件下，模拟简单损伤检测实验，采集的损伤图像进行逐一对比，分析了这种方法的可行性，进行深入的实验研究及误差分析，提出了方法的初步设想。再在理论分析的基础上，提出了本文主要研究和实践的新方法一强激光系统光学元件损伤暗场成像自动检测，对可行性和优越性进行了分析，并利用实验采集图像进行验证。同时考虑了暗场损伤检测的另一种要求，即对入射检测光线进行质量控制，针对不同光阑进行设计和分析来达到对入射检测光的整形。分析和计算了当前采用的两种消衍射光阑一锯齿波纹光阑和高斯型软边光阑的原理和主要参数，并为理论上提出最佳消衍射光阑的设计做出参考。 激光惯性约束聚变是国内外高技术项目之一，光学元件损伤自动检测正是高功率激光系统中一个重要的研究课题。暗场检测是目前应用比较广泛的一类强激光系统光学元件损伤检测，本文采用模拟实验验证与理论分析的方法，对强激光光学元件损伤检测进行了理论分析与光学实验研究，得到的主要研究成果如下： 一、开展了强激光系统光学元件损伤暗场成像在线检测的可行性研究。 二、给出损伤点扫描搜索算法，对损伤点进行自动寻找与识别。 三、给出损伤点分析计算方法，研制出损伤分析和鉴别软件，可以精确识别损伤点，为装置常规检测和故障及时诊断提供依据。 四、开展了长程光传输无衍射的一些具体研究，讨论了结合多种滤波器消衍射的方法的可行性，利用了当前最流行的各种光束质量评价对消衍射滤波器进行定量分析，得出最优化设计，为进一步精确检测元件损伤做出铺垫。 本论文提出的方法、处理技术与系统，有助于强激光系统中光学元件损伤的精确探测，为激光工程的应用提供了相关的理论依据、设计参数和可行性技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1惯性约束核聚变驱动点火装置(NIF)

1.1.1惯性约束核聚变

1.1.2惯性约束核聚变激光驱动器计划

1.1.3国家点火装置(NIF)

1.2惯性约束聚变ICF中的光学损伤检测

1.2.1 NIF光学元件损伤检测系统

1.3本文主要研究内容

第二章暗场检测技术用于检测光学元件损伤

2.1光学元件损伤在线检测的背景

2.2光学元件损伤检测的光学信息处理方法

2.3暗场成像技术

2.4光学元件损伤的在线检测光路

2.4.1 SG-Ⅲ装置中损伤检测系统

2.4.2实验室条件下模拟损伤检测实验

2.5暗场成像技术检测模拟实验的结果

2.5.1采用图2.4-2所示光路的光学元件损伤检测(无滤波器F)

2.5.2显微镜对光学元件损伤的检测

2.5.3采用图2.4-2所示光路的光学元件损伤暗场检测(有滤波器F)

2.6暗场成像光学元件损伤检测中滤波器的设计

2.6.1不同尺度滤波器的暗场成像(调焦在前表面)

2.6.2不同尺度滤波器的暗场成像(调焦在后表面)

2.6.3暗场成像中滤波器的确定

2.7暗场检测结果分析与小结

第三章光学元件损伤暗场成像自动检测算法研究

3.1光学元件损伤的自动识别算法

3.1.1光学元件损伤位置确定的模式聚类算法

3.1.2光学元件损伤位置自动识别算法流程

3.1.3光学元件损伤位置自动识别算法证明

3.2光学元件损伤的自动识别算法的改进方法

3.2.1改进算法原理

3.3光学元件损伤的自动识别算法的验证

3.3.1实验光路

3.3.2损伤图形采集与初始处理

3.3.3自动识别算法的实验研究

3.3.4改进算法的实验研究

3.4本章小结

第四章方型锯齿形和软边空间滤波器的消高频衍射

4.1消高频衍射光阑在损伤检测中的应用背景

4.2方型孔径激光系统衍射分析

4.3利用锯齿光阑消高频衍射

4.3.1锯齿光阑消高频衍射的原理

4.3.2锯齿光阑消高频衍射的模拟研究

4.3.3锯齿光阑消高频衍射的结论

4.4利用软边光阑消高频衍射

4.4.1光波的自由空间传播的衍射光场

4.4.2基于空间滤波像传递的成像衍射

4.4.3软边光阑的消衍射计算研究

4.4.4软边光阑的消衍射的结论

4.5光束质量评价

4.6本章小结

第五章结论

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢