激光对瞬态过程检测中的光学设计技术研究

发布时间：2017-07-26 01:12

  本文关键词：激光对瞬态过程检测中的光学设计技术研究

  更多相关文章： Nd:YAG激光器 调Q 倍频 扩束 光学成像系统 Mach-Zehnder干涉仪

【摘要】：等离子体的产生过程直接影响电爆炸法制备纳米铝粉的质量,而对等离子体进行检测是完善制备工艺的必要条件。理论分析了激光器所要达到的具体参数要求。在实验台上搭建了一台声光调Q激光器,对其输出功率曲线及脉冲宽度进行了测量,分析了泵浦功率超过17W后激光功率下降的原因,为进一步改善激光器性能提供依据。分别进行了腔外倍频与腔内倍频实验,对腔内倍频激光器的输出功率曲线及脉宽进行了测量,在一定的泵浦功率范围,输出功率能够稳定提升。在实验平台上搭建了Mach-Zehnder干涉仪,采用腔内倍频激光器分别进行了连续光干涉与脉冲光干涉实验,通过细致调节,获得良好的干涉条纹。提出了一种效率更高的耦合系统设计方案,光光效率可达22%。运用机械设计软件设计了整套激光器零部件,并制造了的声光调Q倍频激光器样机,对该激光器的输出功率曲线及脉冲宽度进行了测试,发现光光效率可以达到27%,脉冲宽度为4.2ns,对其输出功率的波动原因进行了分析并提出改进方案。利用刀口法测出该激光器的远场发散角为7.2mrad。对激光扩束系统进行了研究,提出了一套对50×的折射式扩束系统进行改进的方案。经采用Zemax软件优化设计,最终获得了40×的三片式激光扩束系统,对其参数进行了分析预计该系统具有很好的扩束效果。对光学成像系统在实验室中进行了研究,根据实验结果发现实际需求的成像系统应当满足:主光线角小于7°,由多个透镜组成且透镜位置固定,焦距150mm,尽量减小像差。之后采用Zemax软件进行设计优化得到一款三片式成像系统,对其参数分析,预计该系统能够很好的满足使用要求。运用机械设计软件设计了一整套干涉检测设备,以激光器、Mach-Zehnder干涉仪、激光扩束系统及光学成像系统为部件,组建了干涉检测系统。进行了现场测试,通过CCD可以观察到爆炸腔充入惰性气体的过程,发现在充气过程中由于气流扰动会导致条纹紊乱。对金属丝爆炸并扩散的动态过程进行了观测,发现膨胀速度最高可达5km/s,全部覆盖爆炸区需要50μs。此外,还观察到由于金属丝扭曲而产生的爆炸分支现象。测试数据表明所研制的设备完全能够满足对生产过程进行检测的需求。
【关键词】：Nd:YAG激光器 调Q 倍频 扩束 光学成像系统 Mach-Zehnder干涉仪
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 选题意义与创新16
• 1.2 电爆炸法的基本原理16-17
• 1.3 等离子体诊断方法17-18
• 1.4 固体激光简介18-19
• 1.5 本文内容及章节安排19-20
• 第二章 激光器及光学设计理论基础20-40
• 2.1 Nd:YAG晶体基本特性20-22
• 2.2 速率方程22-24
• 2.3 光学谐振腔24-26
• 2.4 声光调Q技术26-32
• 2.4.1 调Q技术简介26-27
• 2.4.2 声光调Q基本原理27-32
• 2.5 倍频技术32-33
• 2.6 光学设计方法33-39
• 2.6.1 像差简要介绍33-37
• 2.6.2 光学设计流程37-39
• 2.7 本章小结39-40
• 第三章 激光器与光学检测设备光路的设计及实验研究40-62
• 3.1 激光器参数设计40-41
• 3.2 激光器参数设计的实验验证41-48
• 3.2.1 激光器调Q实验研究42-45
• 3.2.2 倍频激光器实验研究45-48
• 3.3 激光干涉实验48-51
• 3.3.1 连续光的干涉49-50
• 3.3.2 纳秒量级脉冲光的干涉50-51
• 3.4 激光器正式样机的设计制造与测试51-56
• 3.4.1 设计制作52-54
• 3.4.2 参数测试54-55
• 3.4.3 测试结果分析55-56
• 3.5 干涉检测设备光路的设计搭建与现场测试56-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第四章 激光扩束系统设计62-74
• 4.1 激光扩束系统的作用及种类62-65
• 4.1.1 折射式扩束系统62-63
• 4.1.2 反射式扩束系统63-65
• 4.2 激光扩束系统的原理65-69
• 4.2.1 折射式激光扩束系统原理65-66
• 4.2.2 反射式激光扩束系统原理66-69
• 4.3 光学设计69-73
• 4.3.1 主要设计参数69
• 4.3.2 设计与优化69-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 光学成像系统设计74-84
• 5.1 滤光片74-75
• 5.2 CCD75
• 5.3 单个透镜的成像效果分析75-78
• 5.4 光学成像系统设计78-82
• 5.5 本章小结82-84
• 第六章 总结84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 作者简介92-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周俊勇;郭笑;王鑫;谭寓川;马存录;董巧燕;刘伟健;刘维;王福合;施宇蕾;;通过改变玻璃厚度研究白光相干性[J];大学物理实验;2014年03期

2 毛红敏;臧涛成;徐国定;潘涛;;Cassegrain激光扩束系统光轴误差分析[J];苏州科技学院学报(自然科学版);2011年03期

3 武戈;;忆铝石榴石晶体性能探讨[J];青海大学学报(自然科学版);2011年03期

4 张爱华;陈长东;毕学松;朱亮;;一种用于测量金属丝段电爆炸的电阻分压器设计[J];电子测量与仪器学报;2011年02期

5 范应娟;张艳军;;基于Zemax的He-Ne激光光束聚焦物镜的设计[J];应用光学;2010年06期

6 宋涛;周庆才;于浩;徐大超;;1.064μm激光的倍频效率研究[J];仪器仪表用户;2009年03期

7 曹召良;穆全全;胡立发;彭增辉;刘永刚;宣丽;;600mm望远镜液晶自适应系统成像光路设计[J];光学学报;2008年06期

8 李敏;崔\~;;纳米催化剂研究进展[J];材料导报;2006年S1期

9 吴建伟;王国栋;张开骁;;基于SOA和NOLM的光脉冲放大与压缩的设计模型[J];量子光学学报;2006年01期

10 刘喜斌,丁卫平;激光二极管泵浦全固体激光器(DPSSL)的发展与应用[J];湖南理工学院学报(自然科学版);2005年03期

，

本文编号：574109