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光栅拼接误差补偿技术研究

【摘要】:衍射光栅作为啁啾脉冲放大系统中最易损伤的部件,其口径直接影响脉冲激光的输出功率,通过拼接方式获得大口径光栅是最有效的方法。传统的光栅拼接系统注重通过提高拼接光栅自身稳定性,采用辅助监测光的方式进行光栅误差的监测,再通过直接驱动光栅的方式对拼接误差进行补偿。但受环境因素的影响拼接光栅的稳定性难以长期保持,采用直接驱动的方式难以补偿大口径拼接光栅的高频误差,并且监测光会引起与主激光的光路复用矛盾。为了解决上述矛盾,使得拼接光栅更为稳定,本文提出一种基于小口径反射镜补偿大口径光栅拼接误差的自适应光栅拼接系统。通过置于拼接光栅前端的小口径反射镜对拼接误差进行补偿,解决了拼接光栅稳定性与可调性之间的矛盾,降低了光栅拼接系统对于驱动器精度的要求。建立了机电式的位姿监测方法,利用距离传感器实时监测光栅位姿,避免了监测光的使用。具体内容如下:(1)在传统光栅拼接系统的基础上对其进行了改进,建立了自适应光栅拼接系统压缩器理论模型。基于矩阵光学与刚体运动学,分析了自适应光栅拼接系统在补偿光栅拼接误差方面的优势。(2)光栅拼接误差监测方法研究。研究了通过位移传感器监测光栅拼接误差的可行性,设计了光栅拼接传感器的布置方式,利用两组共五个位移传感器对光栅的位姿进行监测。(3)能动反射镜控制方法研究。分别对两种不同的驱动器布局进行了比较,建立了驱动误差分析模型。采用增量式PID算法对其进行闭环控制。(4)光栅拼接技术实验研究。搭建了光栅拼接误差补偿研究验证平台,实验证实通过小口径反射镜补偿大口径光栅拼接误差的可行性,并对其对应补偿关系进行了验证,实验证明该方法可有效降低光栅拼接难度。

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