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大面积光栅的拼接理论研究

【摘要】: 近年来,许多大型光学工程都迫切需求大面积光栅,如对解决世界能源危机有重要意义的激光惯性约束核聚变(ICF:Inertial Confinement Fusion)系统而言,能否获取米量级的光栅已成为影响其成败的关键之一。目前受技术和成本的制约,很难直接加工出大面积光栅,因此有人就提出用已商品化的小光栅拼接出大面积光栅。采用拼接的方法不仅可以降低成本,而且可获得高质量的光栅,已引起国内外的广泛关注。 要使拼接后的光栅具有良好的性能,就必须严格控制拼接误差。拼接光栅通常由几块小光栅以一光栅为基准拼接而成,所以讨论两块光栅的拼接具有实际意义。本文针对两块光栅拼接过程中存在的五种基本拼接误差,基于标量衍射理论,建立了拼接光栅的远场模型,得到不同误差存在时远场光强的解析式,由远场光强分布来判断拼接误差。 数值分析了不同误差存在时远场光强分布,由峰值光强是否大于0.9作为评价因子给出了拼接光栅的误差容限。结果表明,不同误差存在时拼接光栅的远场光强分布有差别;远场光强分布随纵向、横向平移误差的变化呈周期性,当两种平移误差满足一定关系时对拼接光栅性能的影响可互相补偿;旋转误差对拼接光栅性能的影响比较严重,当旋转误差为1.7μrad时光强分布有明显的畸变,且远场峰值光强降为0.9。当平移、旋转误差同时存在时对误差的容忍度要比单个误差存在时苛刻。根据理论分析,对实验过程中误差的判断和控制提出了一些建议。 本论文的工作有助于光栅拼接过程中误差的监测和控制,对ICF“快点火”中的光栅拼接有一定的参考价值。

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