強(qiáng)激光輻照光學(xué)元件損傷探測(cè)系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告

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1、中北大學(xué)畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：10051041學(xué)院：信息與通信工程專業(yè)：光電信息工程設(shè)計(jì)(論文)題目：強(qiáng)激光輻照光學(xué)元件損傷探測(cè)系統(tǒng)的研究指導(dǎo)教師:凌秀蘭2014年3月5日畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告1．結(jié)合畢業(yè)論文課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1本課題研究的背景高功率激光器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)加工等領(lǐng)域，特別是目前高功率激光器的研究熱點(diǎn)已經(jīng)從氣體和化學(xué)激光器逐漸向全固態(tài)的激光器過(guò)渡，其中半導(dǎo)體激光器作為固體激光器的泵浦源具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛關(guān)注。隨著激光通量的提升

2、和紫外激光研究的深入，光學(xué)元件的抗破壞能力制約了激光器的發(fā)展和紫外領(lǐng)域的研究。激光破壞的產(chǎn)生和生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致光速質(zhì)量及光通量的下降，同時(shí)也會(huì)造成后續(xù)元件的破壞。因此，激光對(duì)光學(xué)元件的損傷就成了激光研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要課題。光學(xué)元件幾乎是所有光學(xué)系統(tǒng)中不可缺少的基本元件，并且也是激光系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。長(zhǎng)期以來(lái)，激光對(duì)光學(xué)元件的破壞一直是限制激光向高功率、高能量方向發(fā)展的“瓶頸”，也是影響高功率激光薄膜元件使用壽命的主因。另一方面，光學(xué)元件也是導(dǎo)彈、遙感衛(wèi)星等航天飛行器中導(dǎo)引、定位、遙感甚至能源系統(tǒng)中的重要組成元件，應(yīng)用強(qiáng)激光武器對(duì)光學(xué)元件的破

3、壞可以造成航天飛行器的致眩、致盲、失控，甚至于系統(tǒng)的整體失效。光學(xué)元件中即使出現(xiàn)十分微小的瑕疵，也會(huì)導(dǎo)致輸出光束質(zhì)量的下降，嚴(yán)重時(shí)將引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，光學(xué)元件的抗損傷特性將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及今后系統(tǒng)運(yùn)行的性能。所以，研究強(qiáng)激光輻照光學(xué)元件的損傷探測(cè)系統(tǒng)具有非常重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)、外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)利夫莫爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)最先開(kāi)始了光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)技術(shù)研究。1995年LLNL就開(kāi)始在Beamlet裝置上進(jìn)行光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)的早期工作。在1998年6月的ICF固體激光應(yīng)用會(huì)議中,LLNL實(shí)驗(yàn)室的托馬斯介紹了NIF的的

4、光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)技術(shù)。包括用于終端集成光機(jī)組件光學(xué)元件在線檢測(cè)(FODI)和用于多程放大系統(tǒng)大口徑光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)系統(tǒng)(LODI)。采用裝置的激光主動(dòng)照明或檢測(cè)系統(tǒng)配置的激光主動(dòng)照明,借助空間濾波器的像傳遞和其頻譜面濾波屏的組合,構(gòu)造了基于空間濾波器的望遠(yuǎn)成像系統(tǒng),對(duì)目標(biāo)元件進(jìn)行損傷成像。為了消除背景光場(chǎng)的影響,在空間濾波器頻譜面上放置不透明小圓屏,構(gòu)成了背向相干照明暗場(chǎng)成像損傷檢測(cè)系統(tǒng),LODI可以獲得多程放大系統(tǒng)光學(xué)元件暗場(chǎng)損傷圖像,經(jīng)過(guò)分析就可以獲得損傷點(diǎn)信息。為了對(duì)多個(gè)激光束線進(jìn)行檢測(cè),NIF將LODI集成在其綜合診斷系統(tǒng)(P

5、DS)上,利用PDS的抽樣轉(zhuǎn)換光路,將NIF的其他激光束線多程放大系統(tǒng)大口徑元件的損傷信息傳輸?shù)絃ODI,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有束線光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)。1998年NIF設(shè)想的終端集成光機(jī)組件光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)系統(tǒng)安裝在靶室旁邊的診斷設(shè)備操作手(DIM)上,這個(gè)時(shí)期MF用紫外模擬光源做為照明光源,通過(guò)安裝在靶室中心的反射鏡將攜帶靶室上終端集成光機(jī)組件光學(xué)元件損傷信息的匯聚光束傳輸?shù)桨惺彝獠康慕K端光學(xué)損傷在線檢測(cè)系統(tǒng)中(FODI),通過(guò)旋轉(zhuǎn)反射鏡使FODI對(duì)準(zhǔn)任一終端集成光機(jī)組件,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有束線光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)。但是由于采用主激光照明,受景深的限制,

6、FODI只能區(qū)分終端集成光機(jī)組件部分元件的損傷，,例如可以區(qū)分位于終端遠(yuǎn)端的窗口和近端的屏蔽片,但不能區(qū)分間距很近的元件。這一時(shí)段研究系統(tǒng)的分辨率只能達(dá)到0.6mm。2007年,LLNL報(bào)道了其建立在NIF上的終端損傷在線檢測(cè)系統(tǒng)(FODI)。該系統(tǒng)主要包括望遠(yuǎn)成像儀、成像儀定位器、控制軟件和光學(xué)檢測(cè)分析軟件四個(gè)部分。成像儀是一個(gè)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,放置在國(guó)家點(diǎn)火裝置靶室中心,每次激光打靶后,從該位置成像儀能夠指向每一束線,獲得終端集成光機(jī)組件內(nèi)光學(xué)元件的損傷圖像。利用其研發(fā)的光學(xué)損傷檢測(cè)分析軟件可以對(duì)圖像進(jìn)行分析,評(píng)估光學(xué)元件的損傷狀況。按照要求F

7、ODI要能夠探測(cè)和追蹤所有終端集成光機(jī)組件光學(xué)元件上直徑大于50μm以上的缺陷的發(fā)展變化。目前,FODI系統(tǒng)已經(jīng)安裝到國(guó)家點(diǎn)火裝置中并運(yùn)行了三年,用做高能系統(tǒng)打靶后光學(xué)元件的常規(guī)檢測(cè)。到目前為止,己經(jīng)檢測(cè)了7萬(wàn)個(gè)光學(xué)元件。目前FODI以大于每小時(shí)100個(gè)光學(xué)元件的速度進(jìn)行檢測(cè),最近發(fā)展起來(lái)的軟件將提高該速度,達(dá)到每小時(shí)190個(gè)。FODI是國(guó)家點(diǎn)火裝置可依賴、有價(jià)值的輔助工具，是實(shí)驗(yàn)室獲得聚變點(diǎn)火計(jì)劃中重要的組成部分。國(guó)內(nèi)對(duì)光學(xué)元件損傷檢測(cè)主要集中在離線光學(xué)表面的缺陷和損傷閩值測(cè)量。隨著高功率ICF激光驅(qū)動(dòng)器的建設(shè),國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了大口徑光學(xué)元件損

8、傷在線檢測(cè)研究。2002年上海光機(jī)所黃惠杰等研制了一套光學(xué)元件在線檢測(cè)樣機(jī),并在國(guó)內(nèi)神光IH原型裝置集成演示系統(tǒng)上進(jìn)行了聯(lián)機(jī)驗(yàn)證,由于該樣機(jī)采用偏振消光暗場(chǎng)成像,受