Диагностика лазерных пучков и управление их пространственными характеристиками методами адаптивной оптики
![Диссертация: Диагностика лазерных пучков и управление их пространственными характеристиками методами адаптивной оптики](https://westud.ru/work/3079682/cover.png)
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