方形區(qū)域上波前的模式描述及其在ICF系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、在慣性約束聚變（ICF）系統(tǒng)中，作為驅(qū)動器的固體激光器的光束質(zhì)量是激光器的一項重要指標(biāo)。這些激光驅(qū)動器大多數(shù)采用了方形口徑的光學(xué)系統(tǒng)。在我國的神光III原型裝置中，同樣采用了大口徑方光束激光系統(tǒng)。在這些激光系統(tǒng)中通常采用波前相位分布的峰谷差PV（Peak-to-Valley Value）、波前梯度均方根GRMS（Root-Mean-Square of Gradient）以及波前功率譜密度PSD（Power Spectral Densit

2、y）等來描述波前。然而，PV值和GRMS值沒有提供關(guān)于波前特性空間特性分布的足夠信息，PSD主要用于描述波前中的高頻空間特征，因此需要有一種手段或者工具，使得我們能夠透過相位空間分布數(shù)據(jù)看到這些數(shù)據(jù)的構(gòu)造，從而為系統(tǒng)的研究提供有價值的信息。用具有特定結(jié)構(gòu)的正交基函數(shù)對波前進(jìn)行展開是了解波前特性的重要途徑。
　　對在圓形區(qū)域上如何用多項式來展開并描述波前已經(jīng)有了充分的研究。然而在方形區(qū)域上尚沒有建立能夠用來表述光學(xué)像差的正交多項式系

3、列來用于系統(tǒng)的像差分析。本文以正方形口徑的光學(xué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開展模式波前描述問題的研究。
　　首先研究了圓域Zernike多項式在正方形區(qū)域上進(jìn)行波前重構(gòu)的性能。研究表明，在具有對系統(tǒng)波前空間分布的足夠先驗知識的情況下，圓域Zernike多項式直接用于方形區(qū)域上的波前展開是可能的，但它并不適合于定量描述像差的構(gòu)成。
　　基于圓域Zernike多項式，構(gòu)造了正方形區(qū)域上的正交多項式系列，為方形區(qū)域上波前的表述提供了一個基礎(chǔ)工具。

4、同時對方形域Zernike多項式進(jìn)行了仿真研究。除了正交化特性之外，方形域Zernike多項式仍然具有可方便地與經(jīng)典光學(xué)像差之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特點；模式系數(shù)與波前方差之間存在簡單的關(guān)系。本文還研究了如何采用哈特曼波前傳感器實現(xiàn)對這些模式進(jìn)行有效的探測，針對哈特曼傳感器采樣陣列數(shù)的設(shè)計提出了基本方法。
　　針對我國神光III原型裝置的需要，研究了方形域Zernike模式在裝置設(shè)計與運(yùn)行中的應(yīng)用，為系統(tǒng)中波前傳感器的設(shè)計、原型裝置的光學(xué)系