装调误差对长焦距透镜透射波前干涉检测精度的影响研究
毕业论文关键词 装调误差 仿真 PSD1 GRMS
Title Influence of lens wavefront interference detection precision of long focal alignment errors
Abstract This paper aimed at solving the puzzle about how to conduct a highly subtle measurement to the GRMS and PSD1 index of the transmitted wavefront of the long-focus lens ,we carried out a study on finding out the a measurement that can reach the high-precision and observed the impact that caused by error alignment with the simulation system . In the paper ,we imitated such four kind of error ,like X-axis’ tilt ,Y-axis’ pitching ,off-axis ,defocus and so on .Then we text the impact on the index of PV ,PSD1 ,and GRMS with the focus of 8,15,20,25 and 30 meters in the condition of the errors above,in which we traversed the case when the impact of the PV index is up to 1/10 of the wavelength (632.8nm).The conclusion is that the longer the focus length is ,the bigger tolerance the error alignment allowed
Keywords alignment error simulation PSD1 GRMS
目 次
1 绪论1
1.1 研究背景及意义1
1.2 国内外发展现状1
1.3 主要研究工作2
2 长焦透镜透射波前的干涉检测原理3
2.1 干涉原理3
2.2 干涉检测方法的选用4
2.3 ZEMAX 中干涉检测系统的实现4
2.4 本章小结 5
3 装调误差对长焦透镜透射波前 PV 值的影响规律7
3.1 同一焦距下不同装调误差对透射波前 PV 值的影响变化情况7
3.2 不同焦距下达到 1/10 波长误差时的装调误差的变化情况22
3.3 本章小结23
4 装调误差对长焦透镜透射波前 PSD1 和 GRMS 值的影响规律25
4.1 装调误差对长焦透镜透射波前 PSD1 的影响25
4.1.1 PSD1 的计算方法25
4.1.2 同一焦距下不同装调误差对应的透射波前 PSD1 值的变化情况26
4.1.3不同焦距下达到1/10波长误差时的装调误差对应的PSD1值的变化情况40
4.2 装调误差对长焦透镜透射波前 GRMS 的影响41
4.2.1 GRMS 的计算方法41
4.2.2 同一焦距下不同装调误差对应的透射波前 GRMS 值的变化情况42
4.2.3 不同焦距下达到 1/10 波长误差时的装调误差对应的 GRMS 值的变化情况57
4.3 本章小结59
结论 60
致谢 61
参考文献62
1 绪论 1.1 研究背景及意义 在各种大型高功率激光系统中，大口径、长焦距光学组件是必不可少的元件，例如仅400mm×500mm 以上各类口径的光学组件在我国的神光 III系统中就有 8000件，对于这些大口径长焦距光学元件必须进行有效的参数检测 [1]。由于这类光学元件自身数值孔径小、焦距长的特点，难以实现精确定焦，同时现阶段的检测手段容易受到空气扰动、振动等外界因素影响，导致测量精度较低。 若将光学元件表面高度函数展开成傅里叶级数，可以对其表面质量分成不同的空间频率范围来评价。波前误差（空间频率范围在 2.5×10-3mm-1~100mm-1）被划分为三个频率波段[2-4]： （1）低频段（空间频率范围 2.5×10-3mm-1~0.03mm-1） ：这一频段的误差称为面形误差，通常使用面形干涉仪进行测量，常用的评价指标有波前 PV值、波前梯度均方根值 GRMS 等。 （2）中频段（空间频率范围0.03mm-1~8.3mm-1）：这一频段的误差称为波纹度，目前主要的评价指标是功率谱密度 PSD，由于测量口径和分辨率的制约，现在还不能使用同一台干涉仪完成大口径光学元件的整个中频段误差的测量，所以中频段分成了两部分：PSD1（空间频率范围 0.03mm-1~0.4mm-1）和 PSD2（空间频率范围 0.4mm-1~8.3mm-1）。 （3）高频段（空间频率范围 8.3mm-1~100mm-1）：这一频段的误差称为粗糙度，现在一般采用显微干涉表面微观轮廓仪进行检测，常用的评价指标是表面粗糙度 RMS。 其中低频段的波前畸变误差将降低激光光斑中心亮度和均匀性；中频段波前畸变会降低中央亮斑的亮度，展宽亮斑宽度，引起高功率激光束小角散射，导致光束的高频调制与系统的非线性增长，造成光学元件的丝状破坏，降低光束的可聚焦功率；高频段纹波调制会降低激光中央亮斑的宽度，降低激光损伤阈值、增加散射损耗，甚至还会引起非线性自聚焦破坏。因此，这类光学元件的精确测量与加工有着重要的意义。
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