Диагностика лазерных пучков и управление их пространственными характеристиками методами адаптивной оптики
Диссертация
Для решения многих задач современной лазерной физики требуется сконцентрировать как можно большую энергию излучения на поверхности мишени. Так, например, для исследования взаимодействия излучения фемтосекундного титано-сапфирового лазера с различными материалами, необходимо получить наибольшую плотность мощности в фокусе внеосевого параболического зеркала. Однако, как показывают последние… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Методика исследования основных параметров лазерного пучка
- 1. 1. Классификация современных методов расчета основных параметров лазерного пучка
- 1. 1. 1. Определение параметров пучка согласно международному стандарту ISO/DIS
- 1. 1. 2. Альтернативные методы измерения размеров пучка
- 1. 1. 3. Измерение параметров лазерного пучка с использованием распределения Вигнера и функции взаимной спектральной плотности
- 1. 1. 4. Измерение параметров лазерного пучка с использованием жидких кристаллов
- 1. 2. М2-датчик для измерения основных параметров лазерного излучения
- 1. 3. Факторы, влияющие на точность измерений диаметра лазерного излучения
- 1. 4. Программное обеспечение для измерения основных параметров лазерного излучения
- 1. 1. Классификация современных методов расчета основных параметров лазерного пучка
- Выводы к Главе 1
- Глава 2. Диагностика волнового фронта лазерного излучения
- 2. 1. Датчик волнового фронта Шака-Гартманна
- 2. 2. Интерференционный метод измерения волнового фронта
- 2. 2. 1. Методы обработки интерференционных картин
- 2. 2. 1. 1. Алгоритм поиска экстремумов
- 2. 2. 1. Методы обработки интерференционных картин
- 2. 3. Исследование оптических поверхностей с помощью датчика Шака-Гартманна и интерферометрического метода
- 3. 1. Биморфное деформируемое зеркало
- 3. 2. Система апертурного зондирования и алгоритмы управления
- 3. 3. Коррекция лазерного излучения
- 3. 3. 1. Коррекция излучения титано-сапфирового лазерного излучения
- 3. 3. 2. Коррекция излучения твердотельного лазера
- 3. 4. Юстировка внеосевого параболического зеркала
- 3. 4. 1. Метод юстировки параболического зеркала по параметру М
- 3. 4. 2. Исследование качества поверхности параболического зеркала
- 3. 4. 3. Коррекция искажений параболического зеркала
- 3. 4. 4. Сравнение метода покоординатного спуска с методом фазового сопряжения
Список литературы
- А.Аббас, Л. Н. Капцов, А. В. Кудряшов, Т. Ю. Черезова. Управление параметрами излучения твердотельного технологического ИАГ лазера методами адаптивной оптики. Резонатор лазера с адаптивным зеркалом. // Кван. Эл. 19(6), сс. 576−578, 1992.
- Воронцов М.А., Корябин А. В., Полежаев В. И., Шмальгаузен В. И. Адаптивное внутрирезонаторное управление модовым составом излучения твердотельного лазера.//Квант, электр. Т. 18, № 8. — С. 904−905. 1991.
- A.L.Rukosuev, A. Alexandrov, V.Ye.Zavalova, V.V.Samarkin, A.V.Kudryashov, Adaptive optical system based on bimorph mirror and Shack-Hartmann wavefront sensor Л Proc. SPIE 4493, pp. 261−268,2002.
- V.Ye.Zavalova, A.L.Rukosuev, A. Alexandrov, V.V.Samarkin, A.V.Kudryashov, P.N. Romanov, Adaptive system for high power laser.// Proc. SPIE 5120, pp.156−163,2003.
- А.Г.Александров, А. В. Кудряшов, А. Л. Рукосуев, В. В. Самаркин. Адаптивная оптическая система для коррекции излучения фемтосекундных лазеров.// Оптика атмосферы и океана, 16(7), сс. 666−668, 2003.
- Оптический производственный контроль.// Под. ред. Д.Малакара. М.: Машиностроение, 1985. 400 С.
- Hartmann J. Objectivuntersuchungen. Z.Instrum.// № 1, pp.33−97, 1904.
- Ландсберг Г. С. Оптика.// М.: Наука, 1976.
- Document ISO/DIS 11 146 «Test method for laser beam parameters: Beam width, divergence angle and beam propagation factor».// International Organization for Standardization, 1996
- В.П.Кандидов, А. В. Кудряшов, В. В. Попов, И. М. Чистяков. Гибкое зеркало для коррекции простейших аберраций.// ОМП 6, сс. 51−55, 1992.
- М.А.Воронцов, Г. М. Изаксон, А. В. Кудряшов и др. Адаптивное охлаждаемое зеркало для резонатора технологического лазера.// Кван.эл. 12(7), сс. 1337−1338, 1985.
- Siegman А.Е., Defining and measuring laser beam quality, Solid State Lasers: New Developments and Applications.// New York: Plenum Press, p. 13, 1993
- Ананьев Ю.А. Еще раз о критериях качества лазерных пучков.// Оптика и спектроскопия. Т.86 № 5,1999
- Johnston Т., Beam propagation (М2) measurements made as easy as it gets: the four-cuts method.// Applied Optics 37(21), 1998
- TJ.Jonston, M2 concept characterizes beam quality.// Laser Focus 5, pp. 173−183,1990
- R.Buzelis, A. Dementjev, F. Ivanuskas, M. Radavieius, R. Vaicekauskas, Laser Beam quality parameters measurement using CCD cameras.// Lithuanian Journal of Physics 38(2), pp. 177−183, 1999
- H.L.Offerhaus, C.B.Edwards, W.J.Witteman, Single shot beam quality (M2) measurement using a spatial Fourier transform of the near field.// Opt. Comm. 151, pp.65−68, 1998
- P. Belanger, Y. Champagne, C. Pare, Beam propagation factor of diffracted laser beams.//Optic Communications, 105, pp.233−242, 1994.
- K. Roundy, Propagation factor quantifies laser beam performance.// Laser Focus World, 12, pp.119−122, 1999.
- Weber H. Propagation and Characterization of Radiation Fields.// LBOC, Erice, 2000
- Gao C., Eppich В., Wei G., Weber H. Advanced concept in laser beam characterization.// LBOC, Erice, 2000
- Eppich В., Johansson S., Laabs H., Weber H. Measuring laser beam parameters, phase and spatial coherence using the Wigner distribution.// LBOC, Munchen, 1997
- Tabirian N.V. Liquid crystals measure light intensity.// Laser Focus World, April 1998, 165−168p.
- Никулин О.Ю., Петрушин A.H. Системы телевизионного наблюдения: учебно-справочное пособие // М.: Оберег-РБ. 1997 г.
- Неизвестный С.И., Никулин О. Ю. Приборы с зарядовой связью основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС.// «Специальная техника». № 5. 1999.
- Уваров Н.Е. Средства управления чувствительностью ТВ камер.// «Алгоритм безопасности». № 1. 2003.
- Hoist G.C. CCD arrays, cameras and displays. Second edition. // Winter Park. FL: JCD Publishing and Bellingham. WA: SPIE. 1998.
- Аббас А.Х. Формирование и управление параметрами лазерного излучения непрерывного лазера на гранате с неодимом методами адаптивной оптики.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва. МГУ. 1991.
- Lasers and laser-related equipment. Test method for laser beam width, divergence angle and beam propagation factor Part 2, Document ISO/DIS 11 146−2, International Organization for Standardization, 2001.
- Патрушев Г. Я., Рубцова O.A. Плотность вероятностей флуктуации интенсивности и светового потока при распространении и отражении излучения в турбулентной атмосфере.// Опт. атм., Т. 6. -N11. — С. 1333−1350, 1993.
- Кудряшов А.В., Рукосуев А. Л., Шелдакова Ю. В. Автоматизированный измеритель параметра качества лазерного излучения М2 (BQF-1). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 006 612 060.15.06.2006.
- Шелдакова Ю.В., Черезова Т. Ю., Кудряшов А. В. Анализатор распределения интенсивности лазерного излучения (M2-Sensor). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 002 610 978. 19.06.2002.
- T.Yu.Cherezova, S.S.Chesnokov, L.N.Kaptsov, A.V.Kudryashov, Super-Gaussian output laser beam formation by bimorph adaptive mirror.// Opt. Comm. 155, pp. 99 106, 1998.
- С.А.Ахманов, С. Ю. Никитин. Физическая оптика.// М.: Изд-во МГУ- «Наука», -656с. 2004.
- Воронцов М.А., Корябин А. В., Шмальгаузен В. И. Управляемые оптические системы.// М.:Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит., 1988. 272 с.
- Ragazzoni R. Pupil plane wavefront sensing with an oscillation prism.// J. of Mod. Opt. 43, p. 289. 1996.
- Ф.Ю.Канев, В. П. Лукин. Адаптивная оптика. Численные и экспериментальные исследования.// Изд. Института оптики атмосферы СО РАН, 250 е., 2005.
- Yoon G.Yo., Jitsuno Т., Nakatsuka М., Nakai S. Shack Hartmann wave-front measurement with a lager F-number plastic microlens array.// Applied Optics. V. 35. № 1. 1996. P. l 88−192.
- Irwan R., Lane R.G. Analysis of optimal centroid estimation applied to Shack -Hartmann sensing.//Applied Optics. V.38. № 32. 1999. P. 6737−6743.
- Pfund J., Lidlein N., Schwider J. Dynamic range expansion of a Shack-Hartmann sensor by use of a modified unwrapping algorithm.// J. Opt. Sos. Am. V. 23. № 13. 1998. P. 995−997.
- Рукосуев A.B. Коррекция фазовых искажений излучения тераваттных фемтосекундных лазеров методами адаптивной оптики.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Шатура. 2006.
- V.Ye.Zavalova, A.V.Kudryashov, Shack-Hartmann wavefront sensor for laser beam analyses.// Proc. SPIE 4493, pp. 277−284,2002.
- R. W. Wilson, SLODAR: measuring optical turbulence altitude with a Shack-Hartmann wavefront sensor.// Mon. Not. R. Astron. Soc. 337, 103−108,2002
- Е.Н.Граменицкий, А. Р. Котельников, А. М. Батанова, Т. И. Щекина, П. Ю. Плечов. Экспериментальная и техническая петрология.//- М.: Научный Мир, 416 с. 2000.
- Быковский Ю.А., Зарубин A.M., Ларкин А. И. Частично- когерентная голография. Ее свойства и применение.// Квантовая электроника. 1986. Т. 13. N 9. С. 1770 -1784.
- Вест Ч. Голографическая интерферометрия.// М.:Мир, 1982.
- Crescnentini L., Fiocco G. Automatic fringe recognition and detection of subwavelength phase perturbations with Michelson interferometer.// Appl. opt., 1988. -V. 27.-N l.-P. 118−123.
- Карташов А.И., Эцин И. Ш. Методы измерений малых изменений разности фаз в интерференционных устройствах.// УФН, 1972.- Т. 106. N 4. — С. 687−721.
- Мироненко А.В. Фотоэлектрические измерительные системы.// М.: Энергия, 1967.-358
- С. Ушаков А. Н. Принципы фильтрации и автоматического дешифрирования интерферограмм.// Дис. канд. техн. наук. Москва, 1980.- 236 С.
- Бодиев А.Б. Исследование фотоэлектрических методов автоматизации отчета интерференционных полос в двухлучевых контактных интерферометрах.// Дис. канд. техн. наук.- Москва Улан-Удэ, 1972.- 145 С.
- Гришин М.П., Курбанов Ш. М., Маркелов В. П. Автоматический ввод и обработка фотографических изображений на ЭВМ.//— М.: Энергия, 1976.- 152 С.
- Ган М.А., Устинов С. И., Котов В. В. и др. Обработка интерферограмм на ЭВМ и определение функции рассеяния точки и оптической передаточной функции при контроле и доводке оптических систем.// ОМП, 1978. N 9. — С. 25−28.
- Зверев В.А., Агурок И. П., Родионов С. А. и др. Автоматизация обработки интерферограмм при контроле оптических систем.// ОМП, 1978. N 9. — С. 7−10.
- Бурдонский И.Н., Гришин М. П., Курбатов Ш. М. и др. Обработка оптических интерферограмм на ЭВМ.// Автометрия, 1971. N 4. — С. 21−26.
- Витриченко Э.А., Лукин В. П., Пушной Л. А., Тартаковский В. А. Проблемы оптического контроля.//Новосибирск: Наука, Сиб.отд., 1990. 351 С.
- Krishnaswamy S. Algorithm for computer tracing of interference fringes.// Appl.Opt., 1991. V.30. -№ 13. — P. 1624−1628.
- Борн M., Вольф Э. Основы оптики.// M.: Наука, 1973. -703 С.
- Grescentini L. Fringe pattern analysis in low-quality interferograms.// Appl.Opt., 1988. V.28. — № 6, — p. 1231−1234.
- Kudryashov A.V., Seliverstov A.V. Adaptive Stabilized Interferometer with Laser Diode.// Opt. Comm., 1995. V. 120, — P. 239−244.
- Kudryashov A.V., Seliverstov A.V. Diagnostic controlled interferometer with laser diode.// in Interferometry'94: New Techniques and Analysis in Optical measurments, M. Kujawinska, K. Patorski, Editors, Proc. SPIE 2340, 1994. P. 241−249.
- Кудряшов A.B., Рукосуев A.JI., Шелдакова Ю. В. Программа обработки интерференционных картин с дополнительно введённым наклоном (Interf5). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 005 612 060. 16.06.2005.
- Cherezova Т., Sobolev A., Kudryashov A., Bimorph flexible mirror for vortex beam formation.// Proc. of XVI Int. Symp. On Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers Conference, p. 104. 2006.
- Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач.// М.: Наука, 1980. 320 С.
- Zeek Е., Maginnis К., Backus S. et all. Pulse compression by use of deformable mirrors.// Opt. Letters. 1999. V. 24. P. 493−495.
- Kokorowsky S. Analysis of adaptive optical elements made from piezoelectric bimorphs.//J. Opt. Soc. Am. V. 69. No 1. — P. 181−187. 1979.
- Воронцов M.A., Кудряшов A.B., Шмальгаузен В. И. Гибкие зеркала для адаптивных систем атмосферной оптики. Теоретический анализ.// Изв. вузов: Радиофизика. Т. 27.-N 11.-С. 1419−1430.
- М.А.Воронцов, С. А. Гпедой, А. В. Кудряшов, В. В. Самаркин, В. И. Шмальгаузен, В. П. Якунин. Управляемые зеркала на основе полупассивных биморфных пьезоэлементов.// Препринт N29, 1987, Шатура, 29 с.
- Witte K.J., Basko M., Baumhacker H. Experiments with ASTERIX and ATLAS.// Fusion Eng. Des. V. 44. P. 147. 1999.
- M.Gerber, T. Graf, A.Kudryashov. Generation of custom modes in a Nd: YAG laser with a semipassive bimorph adaptive mirror.// Appl.Phys. BOO, pp. 1−8,2005.
- A.V. Kudryashov, V.V. Samarkin, Control of high power C02 laser beam by adaptive optical elements.// Opt. Comm. 118, pp. 317−322, 1995.
- Самаркин B.B. Разработка и исследование адаптивных биморфных зеркал для управления излучением промышленных СО2 и мощных фемтосекундных .// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. МГУ. 2002
- Воронцов М.А., Гнедой С. А., Кудряшов А. В., Самаркин В. В., Шмальгаузен В. И., Якунин В. П. Управляемые зеркала на основе полупассивных биморфных пьезоэлементов.// Препринт НИЦТЛ АН. Шатура. № 29. С. 29. 1987. л I
- T.Yu.Cherezova, L.N.Kaptsov, A.V.Kudryashov, Cw industrial rod YAG: Nd laser with an intracavity active bimorph mirror Л Appl. Opt. 35(15), pp. 2554−2561, 1996.
- A.V.Kudryashov, V.I.Shmalhausen, Semipassive bimorph flexible mirrors for atmospheric adaptive optics applications.// Opt. Eng 35(11), pp. 3064−3073, 1996.
- Глозман И.А. Пьезокерамика.// M.: Энергия, 272 С. 1967.
- Тараненко В.Г., Горохов Ю. Г., Романюк Н. С. Зеркала для адаптивных оптических систем.// Зарубежная радиоэлектроника. № 8. С. 19−43.1982.
- Кудряшов А.В., Тихонов В. А., Шмальгаузен В. И. Динамические функции отклика биморфных зеркал.// Опт. атм., 1988. Т. 1. — N3. — С. 61−65.
- Кудряшов А.В., Шелдакова Ю. В., Самаркин В. В. Программа автоматического управления биморфным зеркалом в замкнутой петле обратной связи (ClLoop9).
- Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 005 610 575. 04.03.2005.
- М.А.Воронцов, В. И. Шмальгаузен. Принципы адаптивной оптики.// М.:Наука, 1985.
- Кандидов В.П., Криндач Д. П., Митрофанов О. А., Попов В. В. Адаптивная система фазовой компенсации нелинейных искажений при тепловом самовоздействии светового пучка.// Оптика атмосферы, Т. З, № 12, сс.1286−1293, 1990.
- Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика.// Новосибирск: Н.1986. 286 с.
- Химмельблау Д., Прикладное нелинейное программирование.// М.: Мир, 1975.
- Глебов Н.И., Кочетов Ю. А., Плясунов А. В. Методы оптимизации.// Учебн. пособие, Новосиб. ун-т, Новосибирск, 2000.
- Spendly W., Hext G.R., Himsworth F.R., Sequentional application of simplex designs in optimization and evolutionary operation.//Technometrics, V.4, pp. 441−461, 1962.
- Chesnokov S.S., Davletshina I.V., Simplex method in problems of light-beam phase control.// App. Opt., Vol. 34, No. 36,1995.
- Глушков B.M. Введение в АСУ.//Киев: Техника.-1974.-320 с.
- Gen, М., Cheng, R. Genetic Algorithms and Engineering design.// John Wiley & Sons.-1997.-352 p.
- Goldberg D. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning.// Addison Wesley, 1989.
- Haupt R., Haupt S., Practical Genetic Algorithms.// John Willey & Sons. 1998. 177 p.
- Вороновский Г. К., Махотило K.B., Петрашев C.H., Сергеев С. А., Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности.//Харьков: Основа. 1997.212 с.
- Tang K. S, Man K.F., Kwong S. and Q. He., Genetic Algorithms and their Applications.// IEEE Signal Processing Magazine. Nov, pp. 22−36, 1996.
- Растригин JI.A. Этот случайный, случайный, случайный мир.// М.: Молодая гвардия. 1974. 207 с.
- Holland J.H., Adaptation in Natural and Artificial Systems.// Ann Arbor: The University of Michigan Press, 1975.
- Darrel Whitley. Genetic Algorithm Tutorial.// Dep. of Сотр. Science, Colorado State University, 1993.
- Luke S., When Short Runs Beat Long Runs.// Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference, Morgan Kaufmann, 2001.
- Wright I.H., Rowe J.E., Neil J.R., Analysis of the Simple Genetic Algorithm on the Single-peak and Double-peak Landscapes.// Proceedings of CEC, IEEE Press, 2002.
- Zhou G., Yuan X, Dowd Ph., Lam Ye. Design of diffractive phase elements for beam shaping: hybrid approach.// J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 18, No. 4, 2001.
- Sheldakova J., Rukosuev A.L., Kudryashov A.V., Genetic and hill-climbing algorithms for laser beam correction.// Proc. of SPIE, Vol. 5333,106−111, 2004.
- Collaro A., Franceshetti G., Palmieri F., Ferrerio M. Phase unwrapping by means of genetic algorithms.// J.Opt.Soc.Am.A., Vol.15, No2, 1998.
- Cheng Ch., Ma Y., He S. Optimization of sealed-off CO2 laser resonator by utilizing a genetic algorithm.// Optics & Laser Technology, 33,601−604,2001.
- J.Sheldakova, A. Rukosuev, A. Alexandrov, A. Kudryashov, Multy-dither adaptive optical system for laser beam control.// Proc. SPIE 4969, pp. 115−121, 2003.
- J.Sheldakova, T. Cherezova, A. Alexandrov, A.L.Rukosuev, A.V.Kudryashov, The use of M2 meter to correct for high-power laser aberrations.// Proc. SPIE 5708, pp. 352 359,2005.
- Ю.В.Шелдакова, А. В. Кудряшов, А. Л. Рукосуев, Т. Ю. Черезова, Использование гибридного алгоритма управления биморфным зеркалом для фокусировки светового излучения.// Оптика атмосферы и океана, том 20, № 4, сс.380−383 2007.
- J.Sheldakova, T. Cherezova, A. Kudryashov, M2 Meter as a Part of Closed-Loop Adaptive Optical System for High-Power Laser Beam Correction.// Proc. of CAOL 2005 (2nd Int. Conf. on Advanced Optoelectronics and Lasers), 1, p.209, 2005
- Ш. Е. А. Орленко, Т. Ю. Черезова, Ю. В. Шелдакова, А. В. Кудряшов, Внеосевые параболические зеркала: способ юстировки, измерение и коррекция аберраций.// Оптический журнал 72, сс. 306−312, 2005
- Kalogeropoulos Т.Е., Saridakis Y.G., Zakynthinaki M.S. Improved stochastic optimization algorithm for adaptive optics.// Comp.Phys.Comm. 99, p. 2, 1997
- J.V.Sheldakova, V.V.Samarkin, A.V.Kudryashov, Correction of the radiation of lkW CW diode pumped glass laser.// Proc. SPIE 6101, pp. 61010B, 2006
- J.Lu, J. Song, M. Prabhu, J. Xu, K. Ueda, H. Yagi, T. Yanagitani, A. Kudryashov, Highpower Nd: Y3Al5012 Ceramic Laser.// Jpn. J. Appl. Phys. 39, Part 2(1 OB), pp. LI048-L1050,2000.
- J.Lu, M. Prabhu, K. Ueda, H. Yagi, T. Yanagitani, A.V.Kudryashov, Highly efficient lasers using polycrystalline Nd: YAG ceramics.// Proc. SPIE 4184, p.373−376,2000.
- V.Samarkin, A. Aleksandrov, V. Dubikovsky, A. Kudryashov, Water-cooled bimorph correctors.// Proc. SPIE 6018, pp.60180Z-60180Z-5, 2005
- H.Weber, Resonators for High Power Solid State Lasers the Fight for Beam-Quality.// Proc. SPIE 3267, pp. 2−13,1998
- S.Seidel, A. Schirrmacher, G. Mann, Nursianni, Th. Riesbeck, Optimized resonators for high-average-power high-brightness Nd: YAG lasers with birefringence compensation.// Proc. SPIE 3267, pp. 214−225, 1998
- Lu Q., Kugler N., Weber H., Dong S., Muller N. Wittrock U., A novel approach for compensation of birefringence in Nd: YAG rods.// Opt. and Quantum Electron. 28, pp. 57−69,1996
- M. Frede, R. Wilheim, M. Brendel, C. Fallnich, F. Seifert, B. Willke, K. Danzmann, High power fundamental mode Nd: YAG laser with efficient birefringence compensation.// Opt. Express 12, pp. 3581−3589,2004