四视窗型交叉光栅横向剪切干涉系统数学建模与实验研究

【摘要】在惯性约束核聚变(ICF)当中,利用激光或离子束作驱动源脉冲式地提供高强度能量均匀地作用于填装氘氚(D/T,Deuterium-tritium)燃料的微球靶丸上产生惯性约束聚变。因此D/T冰层的密度均匀性和光学厚度都是实现成功点火的重要参数。为了获取这些重要参数,本文建立了一个新颖的干涉系统,即四视窗型交叉光栅横向剪切干涉系统(CrossGratingLateralShearingInterferometer,CGLSI)。围绕该系统,本文主要从三个方面展开论述。第一部分对CGLSI进行数学建模以及对CGLSI中交叉光栅和级次选择窗口两个核心组件的重要参数进行推导。利用光栅方程以及剪切率的定义得出交叉光栅中重要参数光栅常数d和剪切率β之间的关系式。利用球面波的复振幅和菲涅尔衍射公式来确定级次选择窗口上光强分布的表达式。第二部分针对交叉光栅和级次选择窗口的重要参数来进行计算机仿真。首先根据光栅常数d和剪切率β之间的关系式,以及对剪切率β的限制条件,最终得出光栅常数的取值为：d=20μm,d=25μm,d=40μm和d=50μm。根据得出的四个可行的光栅常数以及级次选择窗口上光强分布的表达式,最终确定了四种级次选择窗口以及它们的各项参数。第三部分是对CGLSI进行原理性实验研究。依据第二部分的仿真结果对实验器件进行设计和加工。在实验中,选取不同光栅常数的一维光栅和二维交叉光栅和与之相对应的级次选择窗口,通过调节实验装置,在CCD上得到干涉图。对干涉图进行数字图像处理后获取干涉条纹对比度,可以发现,无论在一维光栅还是二维交叉光栅情形下,条纹对比度都很高且稳定。从而很好的验证了第一部分数学建模建立交叉光栅和级次选择窗口的合理性,推导出的光栅常数d和剪切率β之间关系式以及级次选择窗口上光强分布表达式的正确性。同时也验证了第二部分计算机仿真得出的交叉光栅的光栅常数和级次选择窗口各项参数的正确性。
【作者】孙磊；
【导师】杨甬英；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】横向剪切干涉系统；交叉光栅；级次选择窗口；光栅常数；剪切率；

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