1 上海大学 机电工程与自动化学院，上海 宝山200444
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 高功率激光物理联合实验室，上海 嘉定01800
本文提出一种基于CAD立体模型匹配的位姿测量方法，用于解决高功率激光装置中微小靶的高精度定位问题。该方法利用CAD文件信息构建靶的立体模型，将立体模型与3-CCD多源图像进行关联匹配，避免了传统定位方法中将多源图像单独处理产生的误差叠加问题。本文基于模型探索点的Chamfer距离转换定义靶的匹配度函数，用于评估模型与靶的匹配程度，并利用遗传算法（GA）对该函数进行寻优求解得到靶的测量位姿。针对GA容易陷入局部最优值问题，提出一种基于分层的自适应遗传算法（HAGA）提高算法的搜索精度和效率。为提升复杂工程的系统调试效率，本文利用OpenGL图形库搭建仿真系统，实现靶的仿真成像、离线算法调试等功能。仿真系统避免了系统中安装误差、加工误差以及相机环境光等诸多因素的干扰，能够更方便的对算法进行调试和验证，提高工程效率；实验还搭建了3-CCD定位测量平台用于对不同靶型准直状态的定位调整。测量结果显示靶的平移定位误差小于3.5 μm，角度误差小于0.07°，其误差小于实际测量系统的误差要求，验证了测量算法在实际工程中应用的可行性。
高功率激光装置 CAD模型 靶定位 遗传算法 OpenGL仿真 high power laser device CAD model target positioning genetic algorithm OpenGL simulation 光学 精密工程
2023, 31(14): 2040
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
面向激光探测需求，创建了涵盖“光学设计-结构设计-元件制造-装调集成-性能评价和应用”的精密光机系统全环节研发平台。发展了“光学设计-结构设计-力热学设计”高效耦合的综合设计方法，建立了基于光机误差分解的精密装配集成方法，形成了透射光学系统定心装调、反射光学系统的高精度集成装配流程和技术，配备了光学系统波前和成像性能检测仪器，支撑了多种复杂功能的精密光机系统的研制。本文全面梳理了同济大学面向激光探测需求的精密光机系统和仪器研制方面的科研工作，针对我国“星光III”强激光装置的探测需求，研制了首套联合视频合成孔径雷达和扫描光学高温计的主被动复合诊断装置和辐射高温光学测量系统，共同为“星光III”开展超高压物态方程实验提供了技术支撑与诊断测试手段。面向海环境下目标与环境激光散射特性的测量需求，研制了发散光激光雷达散射截面测量装置和双功能平行光LRCS激光测量装置，实现了模拟海环境下标准散射体与海环境的激光散射特性的精确测量，为超低空激光雷达研制提供了数学模型和实验数据。
激光探测 光学系统 光机设计 装配集成 视频合成孔径雷达 扫描光学高温计 激光雷达散射截面测量 optical system optical mechanical design assembly and integration high power laser device video synthetic aperture radar (VISAR） scanning optical pyrometer (SOP） marine environment laser radar cross section (LRCS） measurement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2737
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621999
3 中国科学院 强激光材料重点实验室, 上海 201800
4 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
针对测量高功率激光驱动装置中大口径矩形反射光学元件的波前误差时测量角度和使用角度不完全相同引入的测量误差, 提出了将测量角度下的反射波前转换到使用角度的反射波前的换算及恢复方法。首先分析了将斜入射测量角度下的波前转换到使用角度下波前的余弦换算方法, 得到了实际测量角度与实际使用角度下的波前误差计算关系; 然后计算并分析了双三次插值算法本身引起的中频PSD1(功率谱密度)误差, 指出在满足有效口径测量的情况下, 选择的入射角度应该与实际使用的角度尽可能的相接近。最后, 基于410 mm×410 mm的熔石英反射镜开展了误差分析和实验验证。利用该方法将0°反射波前换算到45°反射波前, 并将得到的测试结果与45°直接测量得到的测试结果进行了比较。结果显示上述结果的PV值相差0.01λ, RMS值相差0.003λ, PSD1值相差0.08 nm; 表明该换算方法不仅能够准确计算出使用角度下反射波前的低频误差, 而且能获得相对准确的中频段PSD1误差。
高功率激光装置 大口径光学元件 反射波前 波前误差 双三次插值 中低频误差 high power laser device large optics reflection wavefront wavefront error bicubic interpolation mid-low frequency error 光学 精密工程
2016, 24(12): 3027
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 622000
为实现高功率激光装置长程传输光路中反射镜法线指向的精密准直，分析了反射镜法线指向安装误差来源。针对高功率激光装置结构和安装特点，选取了预准直、模块姿态离线复制和柔性对接相结合的精密准直方案。对离线准直测量精度和复位精度进行了验证，实验数据证实了方案的可行性。该技术在神光-Ⅲ主机装置光传输系统安装调试中取得了良好的效果。
光学设计 高功率激光装置 传输系统 精密准直 激光与光电子学进展
2016, 53(11): 112201
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
提出应用于神光Ⅱ装置中的拍瓦短脉冲与主压缩脉冲高精度同步方案。在该方案中，通过与门技术实现了锁模激光器输出的短脉冲序列与主激光总控触发信号时间的初步锁定，该技术是实现惯性约束核聚变高功率激光装置中长短脉冲精确同步的关键。由总控系统的触发信号作为与门中可编程现场门阵列(FPGA)电路的触发信号，锁模激光器输出的百皮秒激光脉冲通过光电转换放大,并由同步展宽装置进行处理之后，作为FPGA电路的时钟信号，能够实现系统主激光门脉冲触发信号与短脉冲激光之间均方根值为26.3 ps的同步精度，这一技术可有效提升装置中同步系统的稳定性。
激光器 高功率激光装置 拍瓦系统 同步展宽 与门 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 081405
上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
为了提高高功率激光装置中靶定位调试的效率和精度, 提出了一种仿真初调和实验误差分析相结合的靶定位调试方法。该方法采用3-CCD传感器进行定位监测, 利用OpenGL成像技术实现CCD仿真图像的采集, 并对目标靶、送靶机构等进行虚拟构建。 基于仿真实验分析了实际系统中靶定位的误差来源, 包括图像检测误差、3-CCD传感器的装校误差及送靶机构的定位误差等。靶定位算法的调试和初步验证在仿真系统中独立进行, 实现了理想条件下的零误差定位调整; 调试后的算法在实际系统中的靶定位精度小于±5 μm, 角度误差为±0.015°。由于仿真初调可脱离实验平台进行, 故有效地提高了工程效率。提出的调试方法在实际系统中的定位精度满足高功率激光打靶的要求。
高功率激光装置 CCD监测 靶定位 误差分析 high power laser device CCD measurement target positioning OpenGL OpenGL error analysis
