中红外激光的全程传输与自适应光学校正研究

论文摘要

中红外激光不仅具有很强的大气穿透能力,且存在众多的吸收峰,因此该波段激光光束在光谱分析、遥感技术、空间通信、军事医疗等众多领域均有非常重要的价值和应用前景。本论文针对中红外激光全程传输中的相位畸变及其自适应光学校正技术开展了系统性的分析研究和实验验证。所谓全程传输,按照光束的传输方向和路径可划分为三段,即光源本体、系统内通道传输和外大气传输,本文则相应的对中红外激光全程传输像差开展了分段剖析与解构。重点在于:（1）实验测量并定量分析了中红外激光输出波像差的时空特性及其高频成分对传输效率的影响,以此为基础开展的光束净化实验研究,获得了近衍射极限的净化输出。（2）基于分光元件透反变形像差的几何理论分析,为传统自适应光学技术中针对分光元件像差的动态修正提供了理论基础。针对中红外激光的全程光束控制,本文分为全程模式自适应校正与全程光束指向控制两个方面加以探讨,同时着眼中红外激光系统的信标体制开展了分析研究。（1）分析讨论了相位共轭补偿的物理机制和适用条件,并着眼“信标探测-波前补偿-主激光传输”工作体制所带来的非互易性问题,得出了待补偿波像差越大、菲涅尔数越小,非互易性影响越大的研究结论。（2）针对传统自适应光学对共孔径分光镜的“失察”问题,详细推导了共光路/共模（CP/CM）自适应光学实现全程像差校正的机理,研究了不同零点标定方式下的原理性误差,并基于全程模式自适应校正的多种技术设想,开展了系统性的实验研究与验证。（3）综合对比分析了瑞利信标、钠信标及目标照明信标三种信标体制,基于有别于传统的角度非等晕误差公式,研究并验证了目标照明信标体制对中红外激光系统的适用性。研究表明,采用非相干多光束的照明方式,可提升目标处的照明均匀性,降低闪烁效应的影响。（4）针对全程光束指向控制,本文重点关注了角锥棱镜阵列后向衍射光场对光束整体倾斜探测的影响以及近水平大气蒙气色差对高精度光轴标定的影响。研究表明,当波前传感器缩束比正偏离2%（缩束比偏大）时,若考虑角锥阵列衍射,波前传感器对于倾斜波面的测量会存在明显差异;开展高精度光轴标校时需要通过仔细选择实验时刻以提高标校精度,在选定的典型实验场景下,傍晚转换时刻前后近地面蒙气色差所引起的偏折角误差通常不超过0.25μrad。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 杨轶

导师: 吴毅,杜少军

关键词: 中红外激光,全程传输,自适应光学,相位共轭,角锥棱镜阵列,信标体制,蒙气色差

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 中国科学技术大学

分类号: TN24

DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000126

总页数: 142

文件大小: 13098K

下载量: 174

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