Диагностика лазерных пучков и управление их пространственными характеристиками методами адаптивной оптики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

ШЕЛДАКОВА ЮЛИЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА

' г

ДИАГНОСТИКА ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ И УПРАВЛЕНИЕ ИХ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МЕТОДАМИ АДАПТИВНОЙ ОПТИКИ

Специальность 01 04 21 - "Лазерная физика"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2007

003069278

Работа выполнена в Московском государственном открытом университете и в ООО «АДОПТ», г Москва

Научные руководители доктор физико-математических наук

А.В.Кудряшов

кандидат физико-математических наук Т.Ю.Черезова

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Ф.А. Стариков

кандидат физико-математических наук С.С.Чесноков

Ведущая организация Институт проблем механики РАН

Защита состоится 25 мая 2007 г в 15"часов на заседании диссертационного совета Д 501 001 45 в Московском государственном университете им. M В Ломоносова по адресу 119992, г.Москва, Ленинские горы, НИИЯФ МГУ, 19 корпус, аудитория 2-15

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке НИИЯФ МГУ

Автореферат разослан «_ // _» 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501 001 45

Доктор физико-математических наук

АН Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Для решения многих задач современной лазерной физики требуется сконцентрировать как можно большую энергию излучения на поверхности мишени Так, например, для исследования взаимодействия излучения фемтосекундного титано-сапфирового лазера с различными материалами, необходимо получить наибольшую плотность мощности в фокусе внеосевого параболического зеркала Однако, как показывают последние экспериментальные исследования в различных лабораториях, достижение максимальных значений яркости фокального пятна невозможно без использования методов и элементов адаптивной оптики

С помощью адаптивных оптических систем можно компенсировать искажения волнового фронта, а также управлять модовым составом лазерного излучения Одним из основных элементов таких систем, является датчик волнового фронта, сигнал с которого через электронную систему поступает на исполнительный элемент - корректор или гибкое зеркало По заданному алгоритму профиль поверхности зеркала изменяется для компенсации фазовых искажений падающего излучения Для измерения волнового фронта широко используются интерференционные методы, а также датчики Шака-Гартмана Техническая реализация последних намного проще интерферометрических методов Более того, они специально ориентированы на диагностику волнового фронта лазерных пучков

Одним из недостатков применения измерителей волнового фронта в системах коррекции аберраций лазерного излучения является сложность диагностики фазовых искажений после всех элементов, составляющих оптическую схему Датчик волнового фронта располагается, как правило, перед фокусирующим элементом, и адаптивная система не может учесть аберрации, возникающие после фокусатора Поэтому для оценки эффективности фокусировки необходимо использовать специальные

датчики для анализа распределения интенсивности лазерного излучения, которые позволяют измерить, например, диаметр пучка, угол расходимости или параметр качества Л* и напрямую дать информацию о степени фокусировки светового пучка Соответственно требуется разработка специальных методов и алгоритмов работы адаптивных систем с таким типом датчиков Одновременно возможно решение задач оптимизации и юстировки всей оптической схемы и, в частности, основного фокусирующего элемента - параболического зеркала

Цель диссертационной работы заключается в теоретическом и экспериментальном исследовании эффективности разработанных автором методов управления в замкнутых адаптивных системах для улучшения фокусировки мощного лазерного излучения Для этого решаются следующие задачи

• Разработка методики и аппаратуры для исследования и контроля параметров излучения лазера

• Разработка алгоритмов управления биморфным деформируемым зеркалом в замкнутых адаптивных системах

• Экспериментальная реализация предложенных алгоритмов и методик управления пространственными характеристиками лазерных пучков

Научная новизна работы состоит в следующем

1 Впервые разработана методика управления адаптивной системой, основанная на измерении параметра М2 лазерного излучения и реализующая гибридный алгоритм управления биморфным зеркалом, который сочетает в себе генетический алгоритм и метод покоординатного спуска

2 Использование метода покоординатного спуска впервые позволило сфокусировать 75% выходной мощности 40ТВт титано-сапфирового лазерного излучения в первый дифракционный максимум и получить пиковую интенсивность 2хЮ20Вт/см2

4

3 Впервые использование гибкого биморфного зеркала в схеме генератор-усилитель непрерывного 100 Вт АИГ N<1 лазера позволило улучшить качество излучения более чем в два раза с применением гибридного метода управления

4 Впервые предложена методика юстировки внеосевых параболических зеркал, основанная на минимизации параметра качества пучка М2

Практическая ценность

1 Гибридный метод управления биморфным зеркалом может эффективно использоваться для улучшения фокусировки АИГ N<1 лазерного излучения

2 Использование метода покоординатного спуска при управлении деформируемым биморфным зеркалом в мульти-тераватгных фемтосекундных лазерных комплексах позволяет увеличить выходную энергию импульсов и плотность интенсивности в фокусе параболического зеркала

3 Применение предложенного способа юстировки внеосевых параболических зеркал, основанного на использовании М2-датчика, позволяет увеличить точность позиционирования такого зеркала

4 Предложенный метод генерации опорной картины для датчика волнового фронта Шака-Гартмана может быть использован для увеличения точности измерения фазы пучка на 5-10%

5 Разработанный М2-датчик позволяет определять такие параметры пучка, как положение центра тяжести, диаметр, угол расходимости, параметр качества М2, эллиптичность, кратковременную и долговременную стабильность мощности (интенсивности) излучения, а также аппроксимировать профиль интенсивности пучка гауссовой и прямоугольной функцией

6 Применение разработанных алгоритмов поиска экстремумов интерференционных картин при диагностике оптических

поверхностей произвольной формы и поверхностей с отверстиями показало эффективность использования данных алгоритмов в условиях оптического производства

Основные научные положения выносимые на защиту

1 Адаптивная система апертурного зондирования, работающая по методу покоординатного спуска и использующая М2-датчик, в 40-TW титано-сапфировом фемтосекундном лазерном комплексе позволяет сфокусировать 75% выходной мощности излучения в первый дифракционный максимум и добиться пиковой интенсивности более 2х102ОВт/см2.

2 Использование адаптивной оптической системы апертурного зондирования, работающей по гибридному алгоритму с М2-датчиком, в непрерывном 100 Вт АИГ Nd лазере позволяет получить более чем двукратное улучшение качества лазерного излучения в схеме генератор-усилитель В случае применения адаптивного корректора в качестве зеркала резонатора 1 кВт АИГ Nd лазера параметр качества пучка может быть улучшен на 10% без потерь мощности

3 Юстировка внеосевых параболических зеркал, основанная на минимизации параметра качества пучка М2, позволяет установить параболическое зеркало с точностью не хуже 1% для угловой ориентации зеркала по отношению к его оси вращения

Внедрение результатов.

Результаты работы были использованы в ведущих научно-исследовательских институтах. Японский исследовательский институт атомной энергии (JAERI), г Нара, Национальные лаборатории ДСО (DSO National Laboratories), Сингапур, МГУ им М В Ломоносова, НПО «Алмаз» им академика А А Расплетина

Апробация результатов работы

Материалы диссертации представлялись на российских и международных конференциях, среди которых можно выделить «Оптика лазеров», Санкт-Петербург (2000, 2003), «Лазерные технологии ILLA», Владимир-Суздаль (2001), «IQEC/LAT», Москва (2002), «Photonics West», Сан-Хосе, США (2003, 2004, 2005, 2006, 2007), «AMOS Technical Conference», Мауи, США (2004), «NWP, Topical Problems of Nonlinear Wave Physics», Санкт-Петербург - Нижний Новгород (2005), «CAOL, 2-nd International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers», Ялта, Украина (2005), «ICOL, International Conference on Optics and Optielectronics», Дехрадун, Индия (2005), «International Conference on High Power Laser Beams (HPLB)», Нижний Новгород (2006) Кроме того, результаты докладывались на научных семинарах кафедры Общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ им М В Ломоносова, на научном семинаре МГОУ 9

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 33 работы (в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах), список которых приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 121 наименование Общий

объем диссертации 149 страниц, включая 73 рисунка и 17 таблиц

Личный вклад

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично или в соавторстве при непосредственном его участии

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой темы, отмечается ее научная новизна и практическая ценность, формулируются выносимые на защиту положения, а так же кратко изложены содержание и структура диссертации по главам

Первая глава диссертации посвящена описанию методики измерения основных параметров лазерного излучения, таких как диаметр пучка, угол расходимости, параметр качества М\ приведен обзор литературы и классификация методов измерения перечисленных параметров

В первом параграфе рассмотрено классическое представление пучка, предложенное А Сигманом, вводится понятие параметра качества Л/, приводится описание методики измерений согласно международному стандарту 1Б011146 Также обсуждаются альтернативные методы метод варьируемой диафрагму, метод движущегося острого края (ножа) и метод движущейся щели Дано описание измерения параметров пучка с использованием распределения Вигнера и корелляционной функции плотности, приведена методика измерений с использованием нелинейных свойств жидких кристаллов

Во втором параграфе первой главы обсуждаются достоинства и недостатки каждого из перечисленных методов На основании приведенного обзора делается вывод, что наиболее удобным во всех отношениях способом измерения параметров лазерного пучка является методика, основанная на вычислении моментов распределения интенсивности лазерного излучения Реализация данной методики возможна при помощи оптической схемы, представленной на Рис 1

п. к

лазерное 11 и 1 ^

излучение ИII „

—> ОИЗ ]-ь

Рис 1 Схема М2-датчика 1 - ослабляющие фильтры, 2 - собирающая линза, 3 - ПЗС-камера, 4 - юстировочный столик, 5 - компьютер

В этом же параграфе показано, что в качестве детектирующей системы для регистрации распределения интенсивности может использоваться ПЗС-камера, поскольку современные ПЗС-камеры имеют высокую линейность преобразования и малый уровень шумов

В третьем параграфе рассмотрены факторы, влияющие на точность измерения диаметра лазерного пучка Приведены зависимости точности измерений от дискретизации изображения по координатам и уровню яркости, размера и положения площадки интегрирования при определении вторых моментов интенсивности, фонового шума и ограниченной точности определения положения ПЗС-камеры, нестабильности интенсивности излучения лазера

Четвертый параграф первой главы посвящён обсуждению разработанного программного обеспечения для М2-датчика, которое позволяет определять такие параметры пучка, как положение центра тяжести, диаметр, угол расходимости, параметр качества М2, эллиптичность, кратковременную и долговременную стабильность мощности (интенсивности) излучения, программное обеспечение может использоваться для аппроксимации профиля интенсивности пучка гауссовой и прямоугольной функцией

Вторая глава диссертации посвящена описанию методики измерения волнового фронта лазерного излучения Рассматривается метод Шака-Гартмана и интерферометрические способы, обсуждаются достоинства и недостатки перечисленных методов при измерении волнового фронта пучка и диагностике оптических поверхностей

В первом параграфе представлена конструкция датчика типа Шака-Гартмана Отмечено, что для согласования апертуры исследуемого лазерного пучка и датчика может использоваться фокусирующая линза Для такой конструкции рассмотрена проблема получения опорного фронта, с которым сравнивается реальный волновой фронт в процессе измерений Предложена методика генерации опорной картины на основе записанных

волновых фронтов для разных диаметров пучка и данных об измеряемом волновом фронте Представлен пример использования математически полученной опорной картины для измерения волнового фронта реального лазерного пучка

Во втором параграфе главы рассмотрены интерферометрические методы измерения волнового фронта Подробно описан принцип действия интерферометра Физо, представлены методы обработки интерференционных картин Показано, что использование фильтрации шумов приводит к уменьшению ошибки измерений Рассмотрены алгоритмы поиска экстремумов интерференционных полос и методы анализа информации об экстремумах, предложена процедура идентификации экстремумов

Третий параграф второй главы содержит экспериментальные

результаты измерения волнового фронта на примере исследования формы

о

оптических поверхностей с использованием интерферометра Физо Подробно описан процесс обработки интерференционых картин с дополнительно введенным наклоном, рассмотрены факторы, влияющие на точность метода

В третьей главе диссертации рассмотрена адаптивная оптическая система для формирования и компенсации аберраций лазерного излучения Система состоит из корректора, электронного блока управления и датчика сигнала ошибки В качестве корректора используются биморфные деформируемые зеркала, которые хорошо себя зарекомендовали в задачах компенсации фазовых искажений Для оценки качества фокусировки предложено применять М2-датчик, который позволяет не только регистрировать распределение интенсивности в фокальном пятне, но так же рассчитывать ряд важных параметров лазерного излучения, таких как диаметр пучка, угол расходимости, стабильность излучения Демонстрируются примеры использования адаптивной системы

В первом параграфе третьей главы дано описание конструкции и основных характеристик биморфного деформируемого зеркала. В работе используется зеркало, которое состоит из трёх склеенных пластин: подложки, выполненной из оптического материала, и двух пьезокерамичских дисков (Рис. 2), При подаче напряжения на электроды, нанесённые на пьезокерамические диски, под действием обратного поперечного пьезо эффекта происходит расширение или сжатие пьезо керамики, что вызывает деформацию зеркала.

Рис. 2. Конструкция биморфного деформируемого черкала и схема электродов на внешней пъезокерамической пластине

Далее в эгом параграфе приводится пример использования интерферометра для исследования функций отклика биморфного зеркала. Функция отклика электрода зеркала - это изменение профиля поверхности зеркала в ответ на воздействие единичного электрического напряжения на данный электрод при нулевых напряжениях на остальных электродах.

Во втором параграфе рассматривается адаптивная система апертурного зондирования. Дано описание используемых методов оптимизации волнового фронта световых пучков. Метод апертурного зондирования заключается в измерении реакции оптимизируемого параметра на небольшие, преднамеренно вносимые фазовые искажения и определении его глобального экстремума. Таким параметром может быть пиковая интенсивность, функционал, пропорциональный мощности излучения, радиус пучка, смещение центра пучка, распределение светового поля в плоскости фокусировки или комбинация этих критериев. Далее в главе дана классификация методов поиска экстремума функции многих переменных,

таких как градиентный метод, метод Ньютона, симплекс-метод, а так же генетический алгоритм. Более детально рассмотрен гибридный метод, на первом этапе работы которого применяется генетический алгоритм, а далее полученный результат оптимизации используется в качестве начального приближения для одного из градиентных методов. Такая комбинация позволяет найти наилучшее решение, чего не гарантируют градиентные методы; скорость сходимости при этом существенно уменьшается по сравнению с использованием генетического алгоритма.

В качестве иллюстрации работы метода покоординатного спуска, генетического к гибридного алгоритмов в третьем параграфе третьей главы показано использование замкнутой системы на лабораторном макете.

Далее в третьем параграфе приводятся результаты использования замкнутой системы для коррекции излучения 40 ТВт фемтосекундного лазера, работающего в Японском исследовательском институте атомной энергии - МЕШ. Представленный титано-сапфировый лазерный комплекс был создан для проведения различных физических исследований при фокусировке лазерного излучения на мишени, в частности, для проведения экспериментов по фотоионизации атомов гелия, и при длительности импульсов 40фс, частоте следования 10 Гц и энергии импульса до 600 мДж обеспечивал плотность мощности в фокусе параболического зеркала 2,6x1015 Вт/см2. Использование метода покоординатного спуска в качестве алгоритма управления биморфным зеркалом позволило сфокусировать 75% энергии в про челах первого дифракционного максимума и добиться пиковой интенсивности 2x102ОВт/см2 (Рис. 3).

Рис. 3. Распределение интенсивности излучения в фокусе параболического зеркала до (слева) и после (справа) коррекции методом покоординатного спуска

В этом же параграфе представлено использование биморфного зеркала для коррекции непрерывного лазерного излучения твердотельного 100 Вт АИГ:Ш лазера в Национальных лабораториях ДСО, Сингапур. Лазер был собран по схеме генератор-усилитель, В качестве генератора использовался лазерный диод. На Рис. 4-а изображено распределение интенсивности излучения а фокусе линзы до накачки активного элемента. Параметр качества при этом составил по оси X М2^\,6, по оси У М2У=1,7. При накачке параметр качества Мг увеличился до М2Х=5Д, М2у=6,5 (Рис. 4-Ь). После замыкания цепи обратной связи с использованием гибридного метода удалось достигнуть более чем двукратного уменьшения параметра качества до Мгк=2,6, М2У=2,9 (Рис. 4-с).

Рис. 4. Распределение интенсивности в дальнем попе, а - без накачки;

Ь - с накачкой без коррекции; с - с накачкой после коррекции

В случае же применения биморфного зеркала в качестве глухого зеркала резонатора лазера, собранного на основе блока усилителя представленного выше лазера, при выходной мощности 500 Вт удалось улучшить параметр качества пучка на 10% без потерь мощности.

Далее в третьем параграфе рассматривается проблема юстировки внеоссвых параболических зеркал. Предложен способ юстировки зеркал с использованием М"-датчика. Также представлены результаты исследования качества поверхности зеркал при помощи датчика Шака-Гартмана. Описан эксперимент по коррекции аберраций параболических зеркал с использованием биморфного зеркала, приводится сравнение метода покоординатного спуска и метода фазового сопряжения для решения поставленной задачи. ,

ШРГ 3

ИШ

. . V ;|

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

полученные в диссертационной работе

1 Представлена адаптивная оптическая система, которая позволяет корректировать статические или медленноменяющиеся аберрации мощного лазерного излучения Система включает биморфное деформируемое зеркало и измеритель М2 в качестве датчика сигнала ошибки

2 Рассмотрены методы управления системами апертурного зондирования, подробно описан процесс коррекции лазерного излучения с использованием метода покоординатного спуска, генетического алгоритма и гибридного метода Продемонстрировано сравнение перечисленных методов при использовании адаптивной системы в лабораторной установке для коррекции аберраций лазерного излучения

3 Применение адаптивной системы с применением метода покоординатного спуска к 40 ТВт титано-сапфировому фемтосекундному лазерному комплексу в ЛАЕШ (Нара, Япония) позволило значительно улучшить фокусировку лазерного излучения Продемонстрирована концентрация 75% выходной мощности излучения в первый дифракционный максимум с использованием М2-датчика как части адаптивной оптической системы

4 Использование адаптивной оптической системы с применением гибридного метода в 100 Вт непрерывном АИГ N(1 лазере (Национальные лаборатории ДСО, Сингапур) позволило получить более чем двукратное улучшение качества лазерного излучения при исследовании схемы генератор-усилитель Также показано, что применение адаптивного корректора в качестве глухого зеркала резонатора 500 Вт многомодового АИГ Ш лазера, улучшило параметр качества пучка на 10% без потерь мощности

5 Предложен способ юстировки внеосевых параболических зеркал, основанный на минимизации параметра качества пучка М2, который не

требует использования дополнительных котировочных элементов и обладает достаточной точностью 1% для угловой ориентации зеркала и 2,3% для среднеквадратичного отклонения величины М2

6 Продемонстрирована возможность коррекции аберраций внеосевых параболических зеркал с использованием датчика Шака-Гартмана в качестве диагностирующего элемента, проведено сравнение метода покоординатного спуска и метода фазового сопряжения для решения поставленной задачи

7 Показано, что общая ошибка измерений М2-датчика может быть минимизирована путем подбора соответствующих элементов прибора и определяется, в основном, шумовым сигналом ПЗС-камеры, ее пространственным разрешением и флуктуациями лазерного излучения

8 Генерация опорных волновых фронтов позволяет использовать датчик типа Шака-Гартмана для пучка любой апертуры (в пределах конструктивных возможностей датчика) без предварительной записи большого количества опорных картин для разных диаметров пучка, а так же уменьшить ошибку, связанную с несоответствием диаметра измеряемого и опорного пучков

9 Предложенная процедура идентификации экстремумов при обработке интерференционных картин позволяет повысить точность диагностики сложных по форме оптических элементов и сократить время анализа интерферограмм

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Ю В Шелдакова, А В Кудряшов, А Л Рукосуев, Т Ю Черезова, «Использование гибридного алгоритма управления биморфным зеркалом для фокусировки светового излучения», Оптика атмосферы и океана, том 20, № 4, сс 380-383 (2007)

2 Е А Орленко, Т Ю Черезова, Ю В Шелдакова, А В Кудряшов, «Внеосевые параболические зеркала способ юстировки, измерение и коррекция аберраций», Оптический журнал № 72, сс 306-312 (2005)

3 Yu Akahane, J Ma, Yu Fukuda, M Aoyama, H Kiriyama, J Sheldakova, A Kudryashov, К Yamakawa, «Characterization of wave-front corrected 100 TW, 10 Hz laser pulses with peak intensities greater than 1020 W/cm2», Review of Scientific Instruments, Vol 77(2), pp 023102, (2006)

4 Yu Akahane, J Ma, Yu Fukuda, M Aoyama, H Kiriyama, N Inoue, К Tsuji, Y Nakai, Y Yamamoto, J V Sheldakova, A V Kudryashov, К Yamakawa, «Generation and Evaluation of a 1020 W/cm2 Intensity by Focusing Wavefront Corrected 100 TW, 10 Hz Laser Pulses», Japanese Journal of Applied Physics, Vol 44, № 8, pp 6087-6089, (2005)

5 А Г Александров, В E Завалова, А В Кудряшов, А Л Рукосуев, В В Самаркин, Ю В Шелдакова, Т Ю Черезова, «М2-датчик для задач адаптивной оптики», МГОУ-ХХ1-Новые технологии № 6, сс 5-10 (2005)

6 J V Sheldakova, А V Kudryashov, V Y Zavalova, T Y Cherezova, «Beam quality measurements with Shack-Hartmann wavefront sensor and M2-sensor comparison of two methods», Proc SPIE 6452, pp 645207 (2007)

7 J V Sheldakova, V V Samarkm, A V Kudryashov, «Correction of the radiation of 1kW CW diode pumped glass laser», Proc SPIE 6101, pp 61010B (2006)

8 J V Sheldakova, T Y Cherezova, A V Kudryashov, «Genetic and hill-climbing algorithms for high power laser beam correction», Proc SPIE 5975, pp 265-272(2005)

9 Julia V Sheldakova, Tatyana Y Cherezova, Alexander G Aleksandrov, Alexey L Rukosuev, Alexis V Kudryashov, «The use of M2 meter to correct for high-power laser aberrations», Proc SPIE 5708, pp 352-359 (2005)

10 J Sheldakova, A L Rukosuev, A V Kudryashov, «Genetic and hill-climbing algorithms for laser beam correction», Proc SPIE 5333, pp 106-111 (2004)

11 J Sheldakova, A Rukosuev, A Alexandrov, A Kudryashov, «Multy-dither adaptive optical system for laser beam control», Proc SPIE 4969, pp 115-121(2003)

12 Y V Sheldakova, T Y Cherezova, A V Kudryashov, «Analysis of the laser intensity distribution» Proc SPIE 4900, pp 367-372 (2002)

13 TYCherezova, Y V Sheldakova, A V Kudryashov, «Low-cost laser-beam analyzer», Proc SP1E 4629, pp 122-128(2002)

14 Y V Sheldakova, T Y Cherezova, A V Kudryashov, «M2-sensor for the adaptive optical system» Proc SPIE4644,pp 392-399(2002)

15 J V Seldakova, T Y.Cherezova, A Kudryashov, «Low-cost M2-sensor for the adaptive optical system» Proc SPIE 4493, pp 285-293(2002)

16 Kostylev A, Sobolev A, Sheldakova Y, Cherezova T, Kudryashov A, «Intracavity adaptive optics any distance formation», Technical Program of XII Conference on Laser Optics, p 66 (2006)

17 Akahane, Y , Aoyama, M, Kiriyama, H , Fukuda, Y, Inoue, N , Ueda, H , Tsuji, K, Nakai, Y, Yamamoto, Y, Yamakawa, Y, Sheldakova, YV, Kudryashov, AV, «Wavefront correction of 100-TW, 10-Hz Ti sapphire laser pulses and new approach to access 1023 W/cm2», Technical Program of III Int Conf for Young Scientist on Laser Optics (LOYS), p 16(2006)

18 Kostylev A, Sobolev A, Sheldakova Y, Cherezova T, Kudryashov A, «Intracavity genetic algorithm for any distance beam parameters control» Proc of XVI Int Symp On Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers Conference p 89 (2006)

19 T Yu Cherezova, A Yu Kostylev, A S Sobolev, Yu V Sheldakova, V V.Samarkm, A V Kudryashov, «Genetic algorithm for intracavity adaptive mirror control», Proc of HPLB 2006 (International Conference on High Power Laser Beams), pp 18-19, (2006)

20 A Yu Kostylev, A S Sobolev, Yu V Sheldakova, T Yu Cherezova, A V Kudryashov, «Genetic algorithm for intracavity bimorph mirror control», Proc of LFNM 2006 (8nd International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling), pp 438-441, (2006)

21 T Cherezova, A Sobolev, A Kudryashov, Yu Sheldakova, V Samarkin, «Tiny multilayer deformable mirror», Proc of LFNM 2006 (8nd International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling), pp 348-351, (2006)

22 Kudryashov, A V , Samarkin, V V , Aleksandrov, A G , Rukosuev, A L , Zavalova, V E , Sheldakova, J V «High power lasers and adaptive optics», Proc of CLEOE 2005, p 419, (2005)

23 J Sheldakova, A Kudryashov, A Rukosuev, T Cherezova, «Adaptive optical system for laser beam focusing», Proc of ICOL 2005 (International Conference on Optics and Optoelectronics), p 5, (2005)

24 Yamakawa, K , Ma, J , Akahane, Y , Aoyama, M , Fukuda, Y , Kiriyama, H , Taj una, T , Kudryashov, A , Sheldakova, J , «Wavefront correction of a 100-TW, 10-Hz Ti sapphire laser system and the method aiming at 1023 W/cm2 in a petawatt Ti sapphire amplifier chain», Proc of LEOS 2005 (The 18th

Annual Meeting of the IEEE Lasers&Electro-Optics Society), pp 617-618, (2005)

25 J Sheldakova, T Cherezova, A Kudryashov, «М2 Meter as a Part of Closed-Loop Adaptive Optical System for High-Power Laser Beam Correction», Proc of CAOL 2005 (2nd International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers), 1, p 209 (2005)

26 Akahane, Y , Aoyama, M , Kiriyama, H , Fukuda, Y , Inoue, N ; Ueda, H ; Tsuji, К; Nakai, Y, Yamamoto, Y, Yamakawa, Y , Sheldakova, Y V , Kudryashov, AV, «Wavefront correction of a 100TW high-peak-power, ultrashort laser pulse», Proc Of Quantum Electronics Conference, 2004 (IQEC) International Volume , Issue , pp 1037-1039(2004)

27 J Sheldakova, A Kudryashov,A Rukosuev,P Romanov «Closed loop adaptive optical system based on combined genetic and hill-climbing algorithms», Proc of2004 AMOS Technical Conference, pp 331-336(2004)

28 Yu V Seldakova, T Yu Cherezova, A Kudryashov, «The M2-sensor for the adaptive optical system» Proc 3rd Int Workshop on Adaptive Optics for Industry and Medicine, 23-26 July 2001, Albuquerque, NM, USA, Ed Sergio R Restano & Scott W Teare, pp 27-34, Starhne Printing, Inc, (2002)

29 Кудряшов А В , Черезова T Ю , Шелдакова Ю В , «М2-датчик для адаптивных систем», VII Междунар конф «Лазерные и лазерно-информационные технологии фундаментальные проблемы и приложения» программа и аннотации докладов 22-26 июня 2001 г, Владимир - Суздаль/ Под ред В Я Панченко, В С Голубева - ИПЛИТ РАН, Шатура - ВлГУ, Владимир, - с.119 (2001)

30 Кудряшов А В , Рукосуев А Л, Шелдакова Ю В Автоматизированный измеритель параметра качества лазерного излучения М2 (BQF-1) Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006612060 15 06 2006

31 Шелдакова Ю В, Черезова Т Ю, Кудряшов А В Анализатор распределения интенсивности лазерного излучения (M2-Sensor) Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002610978 19 06 2002

32 Кудряшов А В , Рукосуев А Л , Шелдакова Ю В Программа обработки интерференционных картин с дополнительно введенным наклоном (Interf5) Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005612060 16 06 2005

33 Кудряшов А В, Шелдакова Ю В, Самаркин В В Программа автоматического управления биморфным зеркалом в замкнутой петле обратной связи (ClLoop9) Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005610575 04 03 2005

Отпечатано на участке оперативной полиграфии Мебельного комбината г Шатура 140700, г Шатура Московской обл., Ботинский проезд 37

Заказ №Х от « 45 » еЦгр&ЛИ. 2007г Тираж 400 эю

Введение.

Глава 1. Методика исследования основных параметров лазерного пучка.

1.1. Классификация современных методов расчета основных параметров лазерного пучка.

1.1.1. Определение параметров пучка согласно международному стандарту ISO/DIS 11146.

1.1.2. Альтернативные методы измерения размеров пучка.

1.1.3. Измерение параметров лазерного пучка с использованием распределения Вигнера и функции взаимной спектральной плотности.

1.1.4. Измерение параметров лазерного пучка с использованием жидких кристаллов.

1.2. М2-датчик для измерения основных параметров лазерного излучения.

1.3. Факторы, влияющие на точность измерений диаметра лазерного излучения.

1.4. Программное обеспечение для измерения основных параметров лазерного излучения.

Выводы к Главе 1.

Глава 2. Диагностика волнового фронта лазерного излучения.

2.1. Датчик волнового фронта Шака-Гартманна.

2.2. Интерференционный метод измерения волнового фронта.

2.2.1. Методы обработки интерференционных картин.

2.2.1.1. Алгоритм поиска экстремумов.

2.3. Исследование оптических поверхностей с помощью датчика Шака-Гартманна и интерферометрического метода.

Выводы к Главе 2.

Глава 3. Управление параметрами лазерного излучения.

3.1. Биморфное деформируемое зеркало.

3.2. Система апертурного зондирования и алгоритмы управления.

3.3. Коррекция лазерного излучения.

3.3.1. Коррекция излучения титано-сапфирового лазерного излучения.

3.3.2. Коррекция излучения твердотельного лазера.

3.4. Юстировка внеосевого параболического зеркала.

3.4.1. Метод юстировки параболического зеркала по параметру М.

3.4.2. Исследование качества поверхности параболического зеркала.

3.4.3. Коррекция искажений параболического зеркала.

3.4.4. Сравнение метода покоординатного спуска с методом фазового сопряжения.

Выводы к Главе 3.

Актуальность проблемы

Для решения многих задач современной лазерной физики требуется сконцентрировать как можно большую энергию излучения на поверхности мишени. Так, например, для исследования взаимодействия излучения фемтосекундного титано-сапфирового лазера с различными материалами, необходимо получить наибольшую плотность мощности в фокусе внеосевого параболического зеркала. Однако, как показывают последние экспериментальные исследования в различных лабораториях, достижение максимальных значений яркости фокального пятна невозможно без использования методов и элементов адаптивной оптики [1,2]. С помощью адаптивных оптических систем можно компенсировать искажения волнового фронта, а также управлять модовым составом лазерного излучения. [1,3,4]. Одним из основных элементов таких систем, является датчик волнового фронта, сигнал с которого через электронную систему поступает на исполнительный элемент - корректор или гибкое зеркало [5-7]. По заданному алгоритму профиль поверхности зеркала изменяется для компенсации фазовых искажений падающего излучения. Для измерения волнового фронта широко используются интерференционные методы [8,9], а также датчики Шака-Гартмаиа [10]. Техническая реализация последних намного проще интерферометрических методов. Более того, они специально ориентированы на диагностику волнового фронта лазерных пучков.

Одним из недостатков применения измерителей волнового фронта в системах коррекции аберраций лазерного излучения является сложность диагностики фазовых искажений после всех элементов, составляющих оптическую схему. Датчик волнового фронта располагается, как правило, перед фокусирующим элементом, и адаптивная система не может учесть аберрации, возникающие после фокусатора [11]. Поэтому для оценки эффективности фокусировки необходимо использовать специальные датчики для анализа распределения интенсивности лазерного излучения, которые позволяют измерить, например, диаметр пучка, угол расходимости или параметр качества М2 и напрямую дать информацию о степени фокусировки светового пучка [12]. Соответственно требуется разработка специальных методов и алгоритмов работы адаптивных систем с таким типом датчиков. Одновременно возможно решение задач оптимизации и юстировки всей оптической схемы и, в частности, основного фокусирующего элемента -параболического зеркала.

Цель диссертационной работы заключается в теоретическом и экспериментальном исследовании эффективности разработанных автором методов управления в замкнутых адаптивных системах для улучшения фокусировки мощного лазерного излучения.

Для этого решаются следующие задачи:

• Разработка методики и аппаратуры для исследования и контроля параметров излучения лазера.

• Разработка алгоритмов управления биморфным деформируемым зеркалом в замкнутых адаптивных системах.

• Экспериментальная реализация предложенных алгоритмов и методик управления пространственными характеристиками лазерных пучков.

Первая глава диссертации посвящена описанию и разработке методики измерения основных параметров лазерного излучения, таких как диаметр пучка, угол расходимости, параметр качества М. Приведён обзор литературы и классификация методов измерения перечисленных параметров. Приводится описание методики измерений согласно международному стандарту 18011146 [12], обсуждаются альтернативные методы: метод варьируемой диафрагмы, метод движущегося острого края (ножа) и метод движущейся щелп. Дано описание измерения параметров пучка с использованием распределения Вигнера и корелляционной функции плотности, приведена методика измерений с использованием нелинейных свойств жидких кристаллов. На основании приведённого обзора делается вывод, что наиболее удобным во всех отношениях способом измерения параметров лазерного пучка является методика, основанная на измерении моментов распределения интенсивности [12]. Представлена конструкция М2-датчика для измерения параметров лазерного излучения. Показано, что в качестве детектирующей системы для регистрации распределения интенсивности может использоваться 8-ми битная ПЗС-камера с отношением сигнал/шум более 35дБ. Рассмотрены факторы, влияющие на точность измерения диаметра лазерного излучения. Приведены зависимости точности измерений от дискретизации изображеппя по координатам и уровню яркости, размера и положения площадки интегрирования при определении вторых моментов интенсивности, фонового шума ПЗС-камеры, ограниченной точности определения положения ПЗС-камеры, нестабильности интенсивности излучения лазера. Вторая глава диссертации посвящена диагностике волнового фронта лазерного излучения, а также исследованию оптических поверхностей. Рассматривается метод Шака-Гатрмана и интерферометрическне схемы, обсуждаются достоинства и недостатки перечисленных способов при измерении волнового фронта и диагностике оптических деталей. Рассмотрена проблема получения опорного изображения -эталонного распределения волнового фронта, с которым сравнивается реальный волновой фронт в процессе измерений. Предложена методика генерации опорного волнового фронта на основе записанных волновых фронтов для разных диаметров пучка. Рассмотрены интерферометрические методы исследования оптических поверхностей, представлены методы обработки интерференционных картин. Показано, что использование фильтрации шумов приводит к уменьшению ошибок измерений. Рассмотрены алгоритмы поиска экстремумов интерференционных полос и методы анализа информации об экстремумах, предложена процедура идентификации экстремумов.

В третьей главе диссертации рассматривается проблема управления параметрами лазерного излучения. Предложена адаптивная оптическая система для формирования и коррекции лазерного излучения. Система состоит из корректора волнового фронта, системы управления корректором и датчика сигнала ошибки. В качестве корректора используются биморфные деформируемые зеркала [13-14]. Для оценки качества фокусировки предложено использовать М -датчик. Демонстрируются примеры использования адаптивной системы для коррекции излучения 40 ТВт фемтосекундного лазера, работающего в Японском исследовательском институте атомной энергии (JAERI), а так же представлено использование охлаждаемого биморфного зеркала для коррекции непрерывного лазерного излучения твердотельного 100 Вт АИГ:Ш лазера, работающего по схеме генератор-усилитель в Национальных лабораториях ДСО, Сингапур (DSO National Laboratories).

Рассматривается проблема юстировки внеосевых параболических зеркал. Предложен способ юстировки таких зеркал с использованием датчиков М2 и Шака-Гартмана. В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в диссертационной работе.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые разработана методика управления адаптивной системой, основанная на измерении параметра М2 лазерного излучения и реализующая гибридный алгоритм управления биморфным зеркалом, который сочетает в себе генетический алгоритм и метод покоординатного спуска.

2. Использование метода покоординатного спуска впервые позволило сфокусировать 75% выходной мощности 40 ТВт титано-сапфирового лазерного излучения в первый дифракционный максимум и получить пиковую 20 2 интенсивность 2x10 Вт/см .

3. Впервые использование гибкого биморфного зеркала в схеме генератор-усилитель непрерывного 100 Вт АИГ:Ш лазера позволило улучшить качество излучения более чем в два раза с применением гибридного метода управления.

4. Впервые предложена методика юстировки внеосевых параболических зеркал, основанная на минимизации параметра качества пучка М2. Практическая ценность

1. Гибридный метод управления биморфным зеркалом может эффективно использоваться для улучшения фокусировки АИГ:Ш лазерного излучения.

2. Использование метода покоординатного спуска при управлении деформируемым биморфным зеркалом в мульти-тераваттных фемтосекундных лазерных комплексах позволяет увеличить выходную энергию импульсов и плотность интенсивности в фокусе параболического зеркала.

3. Применение предложенного способа юстировки внеосевых параболических зеркал, основанного на использовании М2-датчика, позволяет увеличить точность позиционирования такого зеркала.

4. Предложенный метод генерации опорной картины для датчика волнового фронта Шака-Гартмана может быть использован для увеличения точности измерения фазы пучка на 5-10%.

5. Разработанный М -датчик позволяет определять такие параметры пучка, как положение центра тяжести, диаметр, угол расходимости, параметр качества М2, эллиптичность, кратковременную и долговременную стабильность мощности (интенсивности) излучения, а также аппроксимировать профиль интенсивности пучка гауссовой и прямоугольной функцией.

6. Применение разработанных алгоритмов поиска экстремумов интерференционных картин при диагностике оптических поверхностей произвольной формы и поверхностей с отверстиями показало эффективность использования данных алгоритмов в условиях оптического производства.

Основные научные положения выносимые на защиту:

1. Адаптивная система апертурного зондирования, работающая по методу покоординатного спуска и использующая М2-датчик, в 40-Т\¥ титано-сапфировом фемтосекундном лазерном комплексе позволяет сфокусировать 75% выходной мощности излучения в первый дифракционный максимум и

9П 1 добиться пиковой интенсивности более 2x10 Вт/см .

2. Использование адаптивной оптической системы апертурного зондирования, л работающей по гибридному алгоритму с М -датчиком, в непрерывном 100 Вт АИГ:Ш лазере позволяет получить более чем двукратное улучшение качества лазерного излучения в схеме генератор-усилитель. В случае применения адаптивного корректора в качестве зеркала резонатора 1 кВт АИГ:Ш лазера параметр качества пучка может быть улучшен на 10% без потерь мощности.

3. Юстировка внеосевых параболических зеркал, основанная на минимизации параметра качества пучка позволяет установить параболическое зеркало с точностью не хуже 1% для угловой ориентации зеркала по отношению к его оси вращения.

Автор выражает особую признательность научным руководителям данной диссертации A.B. Кудряшову и Т.Ю. Черезовой за предложенную интересную тему и плодотворное многолетнее сотрудничество. Мне так же хотелось бы поблагодарить В.В. Самаркина, A.JI. Рукосуева, А.Г. Александрова и В.Е. Завалову за большую помощь при выполнении экспериментальных работ и компьютерных вычислений. Вся лаборатория адаптивной оптики филиала МГОУ в г. Шатура помогала и оказывала мне всестороннюю поддержку при выполнении данной диссертационной работы. Выполнение данной диссертационной работы стало возможным при научно-техническом сотрудничестве с Японским исследовательским институтом атомной энергии (д-р. Кончи Ямакава), Национальными лабораториями ДСО, Сингапур (д-р. Лай Кин Сенг) и др.

Выводы к Главе 3.

Для получения наилучшей фокусировки при помощи адаптивной оптической системы может использоваться функционал, зависящий от диаметра фокального пятна и пиковой интенсивности.

Метод покоординатного спуска, генетический алгоритм и гибридный метод могут применяться для определения управляющих сигналов в адаптивных оптических системах апертурного зондирования.

Аберрации внеосевых параболических зеркал с одинаковым успехом корректируются как с использованием метода покоординатного спуска, так и метода фазового сопряжения.

Заключение

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Представлена адаптивная оптическая система, которая позволяет корректировать статические или медленноменяющиеся аберрации мощного лазерного излучения. Система включает биморфное деформируемое зеркало и измеритель Л/ в качестве датчика сигнала ошибки.

2. Рассмотрены методы управления системами апертурного зондирования, подробно описан процесс коррекции лазерного излучения с использованием метода покоординатного спуска, генетического алгоритма и гибридного метода. Продемонстрировано сравнение перечисленных методов при использовании адаптивной системы в лабораторной установке для коррекции аберраций лазерного излучения.

3. Применение адаптивной системы с применением метода покоординатного спуска к 40 ТВт титано-сапфировому фемтосекундному лазерному комплексу в 1АЕШ (Нара, Япония) позволило значительно улучшить фокусировку лазерного излучения. Продемонстрирована концентрация 75% выходной мощности излучения в первый дифракционный максимум с использованием М2-датчика как части адаптивной оптической системы.

4. Использование адаптивной оптической системы с применением гибридного метода в 100 Вт непрерывном АИГ:Ш лазере (Национальные лаборатории ДСО,

• А *

Сингапур) позволило получить более чем двукратное улучшение качества лазерного излучения при исследовании схемы генератор-усилитель. Также показано, что применение адаптивного корректора в качестве глухого зеркала резонатора 500 Вт многомодового АИГ:Ш лазера, улучшило параметр качества пучка на 10% без потерь мощности.

5. Предложен способ юстировки внеосевых параболических зеркал, основанный на минимизации параметра качества пучка Л/, который не требует использования дополнительных юстировочных элементов и обладает достаточной точностью: 1% для угловой ориентации зеркала и 2,3% для среднеквадратичного отклонения величины Л/.

6. Продемонстрирована возможность коррекции аберраций внеосевых параболических зеркал с использованием датчика Шака-Гартмана в качестве диагностирующего элемента, проведено сравнение метода покоординатного спуска и метода фазового сопряжения для решения поставленной задачи.

7. Показано, что общая ошибка измерений М2-датчика может быть минимизирована путём подбора соответствующих элементов прибора и определяется, в основном, шумовым сигналом ПЗС-камеры, её пространственным разрешением и флуктуациями лазерного излучения.

8. Генерация опорных волновых фронтов позволяет использовать датчик типа Шака-Гартмана для пучка любой апертуры (в пределах конструктивных возможностей датчика) без предварительной записи большого количества опорных картин для разных диаметров пучка, а так же уменьшить ошибку, связанную с несоответствием диаметра измеряемого и опорного пучков.

9. Предложенная процедура идентификации экстремумов при обработке

• « « » интерференционных картин позволяет повысить точность диагностики сложных по форме оптических элементов и сократить время анализа интерферограмм.

1. А.Аббас, Л.Н.Капцов, А.В.Кудряшов, Т.Ю.Черезова. Управление параметрами излучения твердотельного технологического ИАГ лазера методами адаптивной оптики. Резонатор лазера с адаптивным зеркалом. // Кван. Эл. 19(6), сс. 576-578, 1992.

2. Воронцов М.А., Корябин А.В., Полежаев В.И., Шмальгаузен В.И. Адаптивное внутрирезонаторное управление модовым составом излучения твердотельного лазера.//Квант, электр. Т. 18, №8. - С. 904-905. 1991.

3. A.L.Rukosuev, A.Alexandrov, V.Ye.Zavalova, V.V.Samarkin, A.V.Kudryashov, Adaptive optical system based on bimorph mirror and Shack-Hartmann wavefront sensor Л Proc. SPIE 4493, pp. 261-268,2002.

4. V.Ye.Zavalova, A.L.Rukosuev, A.Alexandrov, V.V.Samarkin, A.V.Kudryashov, P.N. Romanov, Adaptive system for high power laser.// Proc. SPIE 5120, pp.156-163,2003.

5. А.Г.Александров, А.В.Кудряшов, А.Л.Рукосуев, В.В.Самаркин. Адаптивная оптическая система для коррекции излучения фемтосекундных лазеров.// Оптика атмосферы и океана, 16( 7), сс. 666-668, 2003.

6. Оптический производственный контроль.// Под. ред. Д.Малакара. М.: Машиностроение, 1985. 400 С.

7. Hartmann J. Objectivuntersuchungen. Z.Instrum.// №1, pp.33-97, 1904.

8. Ландсберг Г.С. Оптика.// М.: Наука, 1976.

9. Document ISO/DIS 11146 "Test method for laser beam parameters: Beam width, divergence angle and beam propagation factor".// International Organization for Standardization, 1996

10. В.П.Кандидов, А.В.Кудряшов, В.В.Попов, И.М.Чистяков. Гибкое зеркало для коррекции простейших аберраций.// ОМП 6, сс. 51-55, 1992.

11. М.А.Воронцов, Г.М.Изаксон, А.В.Кудряшов и др. Адаптивное охлаждаемое зеркало для резонатора технологического лазера.// Кван.эл. 12(7), сс. 1337-1338, 1985.

12. Siegman А.Е., Defining and measuring laser beam quality, Solid State Lasers: New Developments and Applications.// New York: Plenum Press, p. 13, 1993

13. Ананьев Ю.А. Еще раз о критериях качества лазерных пучков.// Оптика и спектроскопия. Т.86 №5,1999

14. Johnston Т.,Beam propagation (М2) measurements made as easy as it gets: the four-cuts method.// Applied Optics 37(21), 1998

15. TJ.Jonston, M2 concept characterizes beam quality.// Laser Focus 5, pp. 173-183,1990

16. R.Buzelis, A.Dementjev, F.Ivanuskas, M.Radavieius, R.Vaicekauskas, Laser Beam quality parameters measurement using CCD cameras.// Lithuanian Journal of Physics 38(2), pp. 177-183, 1999

17. H.L.Offerhaus, C.B.Edwards, W.J.Witteman, Single shot beam quality (M2) measurement using a spatial Fourier transform of the near field.// Opt. Comm. 151, pp.65-68, 1998

18. P. Belanger, Y. Champagne, C. Pare, Beam propagation factor of diffracted laser beams.//Optic Communications, 105, pp.233-242, 1994.

19. K. Roundy, Propagation factor quantifies laser beam performance.// Laser Focus World, 12, pp.119-122, 1999.

20. Weber H. Propagation and Characterization of Radiation Fields.// LBOC, Erice, 2000

21. Gao C., Eppich В., Wei G., Weber H. Advanced concept in laser beam characterization.// LBOC, Erice, 2000

22. Eppich В., Johansson S., Laabs H., Weber H. Measuring laser beam parameters, phase and spatial coherence using the Wigner distribution.// LBOC, Munchen, 1997

23. Tabirian N.V. Liquid crystals measure light intensity.// Laser Focus World, April 1998, 165-168p.

24. Никулин О.Ю., Петрушин A.H. Системы телевизионного наблюдения: учебно-справочное пособие // М.: Оберег-РБ. 1997 г.

25. Неизвестный С.И., Никулин О.Ю. Приборы с зарядовой связью основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС.// «Специальная техника». № 5. 1999.

26. Уваров Н.Е. Средства управления чувствительностью ТВ камер.// «Алгоритм безопасности».№ 1. 2003.

27. Hoist G.C. CCD arrays, cameras and displays. Second edition. // Winter Park. FL: JCD Publishing and Bellingham. WA: SPIE. 1998.

28. Аббас А.Х. Формирование и управление параметрами лазерного излучения непрерывного лазера на гранате с неодимом методами адаптивной оптики.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва. МГУ. 1991.

29. Lasers and laser-related equipment. Test method for laser beam width, divergence angle and beam propagation factor Part 2, Document ISO/DIS 11146-2, International Organization for Standardization, 2001.

30. Патрушев Г.Я., Рубцова O.A. Плотность вероятностей флуктуации интенсивности и светового потока при распространении и отражении излучения в турбулентной атмосфере.// Опт. атм., Т. 6. -N11. - С. 1333-1350, 1993.

31. Кудряшов А.В., Рукосуев А.Л., Шелдакова Ю.В. Автоматизированный измеритель параметра качества лазерного излучения М2 (BQF-1). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006612060.15.06.2006.

32. Шелдакова Ю.В., Черезова Т.Ю., Кудряшов А.В. Анализатор распределения интенсивности лазерного излучения (M2-Sensor). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002610978. 19.06.2002.

33. T.Yu.Cherezova, S.S.Chesnokov, L.N.Kaptsov, A.V.Kudryashov, Super-Gaussian output laser beam formation by bimorph adaptive mirror.// Opt. Comm. 155, pp. 99106, 1998.

34. С.А.Ахманов, С.Ю.Никитин. Физическая оптика.// М.: Изд-во МГУ; «Наука», -656с. 2004.

35. Воронцов М.А., Корябин А.В., Шмальгаузен В.И. Управляемые оптические системы.// М.:Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит., 1988. 272 с.

36. Ragazzoni R. Pupil plane wavefront sensing with an oscillation prism.// J. of Mod. Opt. 43, p. 289. 1996.

37. Ф.Ю.Канев, В.П.Лукин. Адаптивная оптика. Численные и экспериментальные исследования.// Изд. Института оптики атмосферы СО РАН, 250 е., 2005.

38. Yoon G.Yo., Jitsuno Т., Nakatsuka М., Nakai S. Shack Hartmann wave-front measurement with a lager F-number plastic microlens array.// Applied Optics. V. 35. № 1. 1996. P.l 88-192.

39. Irwan R., Lane R.G. Analysis of optimal centroid estimation applied to Shack -Hartmann sensing.//Applied Optics. V.38. № 32. 1999. P. 6737-6743.

40. Pfund J., Lidlein N., Schwider J. Dynamic range expansion of a Shack-Hartmann sensor by use of a modified unwrapping algorithm.// J. Opt. Sos. Am. V. 23. № 13. 1998. P. 995-997.

41. Рукосуев A.B. Коррекция фазовых искажений излучения тераваттных фемтосекундных лазеров методами адаптивной оптики.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Шатура. 2006.

42. V.Ye.Zavalova, A.V.Kudryashov, Shack-Hartmann wavefront sensor for laser beam analyses.// Proc. SPIE 4493, pp. 277-284,2002.

43. R. W. Wilson, SLODAR: measuring optical turbulence altitude with a Shack-Hartmann wavefront sensor.// Mon. Not. R. Astron. Soc. 337, 103-108,2002

44. Е.Н.Граменицкий, А.Р.Котельников, А.М.Батанова, Т.И.Щекина, П.Ю.Плечов. Экспериментальная и техническая петрология.//- М.: Научный Мир, 416 с. 2000.

45. Быковский Ю.А., Зарубин A.M., Ларкин А.И. Частично- когерентная голография. Ее свойства и применение.// Квантовая электроника. 1986. Т. 13. N 9. С.1770 -1784.

46. Вест Ч. Голографическая интерферометрия.// М.:Мир, 1982.

47. Crescnentini L., Fiocco G. Automatic fringe recognition and detection of subwavelength phase perturbations with Michelson interferometer.// Appl. opt., 1988. -V. 27.-N l.-P. 118-123.

48. Карташов А.И., Эцин И.Ш. Методы измерений малых изменений разности фаз в интерференционных устройствах.// УФН, 1972.- Т. 106. N 4. - С. 687-721.

49. Мироненко А.В. Фотоэлектрические измерительные системы.// М.: Энергия, 1967.-358

50. С. Ушаков А.Н. Принципы фильтрации и автоматического дешифрирования интерферограмм.// Дис. канд. техн. наук. Москва, 1980.- 236 С.

51. Бодиев А.Б. Исследование фотоэлектрических методов автоматизации отчета интерференционных полос в двухлучевых контактных интерферометрах.// Дис. канд. техн. наук.- Москва Улан-Удэ, 1972.- 145 С.

52. Гришин М.П., Курбанов Ш.М., Маркелов В.П. Автоматический ввод и обработка фотографических изображений на ЭВМ.//— М.: Энергия, 1976.- 152 С.

53. Ган М.А., Устинов С.И., Котов В.В. и др. Обработка интерферограмм на ЭВМ и определение функции рассеяния точки и оптической передаточной функции при контроле и доводке оптических систем.// ОМП, 1978. N 9. - С. 25-28.

54. Зверев В.А., Агурок И.П., Родионов С.А. и др. Автоматизация обработки интерферограмм при контроле оптических систем.// ОМП, 1978. N 9. - С. 7-10.

55. Бурдонский И.Н., Гришин М.П., Курбатов Ш.М. и др. Обработка оптических интерферограмм на ЭВМ.// Автометрия, 1971. N 4. - С. 21-26.

56. Витриченко Э.А., Лукин В.П., Пушной Л.А., Тартаковский В.А. Проблемы оптического контроля.//Новосибирск: Наука, Сиб.отд., 1990. 351 С.

57. Krishnaswamy S. Algorithm for computer tracing of interference fringes.// Appl.Opt., 1991. V.30. -№13. - P. 1624-1628.

58. Борн M., Вольф Э. Основы оптики.// M.: Наука, 1973. -703 С.

59. Grescentini L. Fringe pattern analysis in low-quality interferograms.// Appl.Opt., 1988. V.28. - №6, - p. 1231-1234.

60. Kudryashov A.V., Seliverstov A.V. Adaptive Stabilized Interferometer with Laser Diode.// Opt. Comm., 1995. V. 120, - P. 239-244.

61. Kudryashov A.V., Seliverstov A.V. Diagnostic controlled interferometer with laser diode.// in Interferometry'94: New Techniques and Analysis in Optical measurments, M.Kujawinska, K.Patorski, Editors, Proc. SPIE 2340, 1994. P. 241-249.

62. Кудряшов A.B., Рукосуев A.JI., Шелдакова Ю.В. Программа обработки интерференционных картин с дополнительно введённым наклоном (Interf5). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005612060. 16.06.2005.

63. Cherezova Т., Sobolev A., Kudryashov A., Bimorph flexible mirror for vortex beam formation.// Proc. of XVI Int. Symp. On Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers Conference, p. 104. 2006.

64. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач.// М.: Наука,1980. 320 С.

65. Zeek Е., Maginnis К., Backus S. et all. Pulse compression by use of deformable mirrors.// Opt. Letters. 1999. V. 24. P. 493-495.

66. Kokorowsky S. Analysis of adaptive optical elements made from piezoelectric bimorphs.//J. Opt. Soc. Am. V. 69. No 1. - P. 181-187. 1979.

67. Воронцов M.A., Кудряшов A.B., Шмальгаузен В.И. Гибкие зеркала для адаптивных систем атмосферной оптики. Теоретический анализ.// Изв. вузов: Радиофизика. Т. 27.-N 11.-С. 1419-1430.

68. М.А.Воронцов, С.А.Гпедой, А.В.Кудряшов, В.В.Самаркин, В.И.Шмальгаузен, В.П.Якунин. Управляемые зеркала на основе полупассивных биморфных пьезоэлементов.// Препринт N29, 1987, Шатура, 29 с.

69. Witte K.J., Basko M., Baumhacker H. Experiments with ASTERIX and ATLAS.// Fusion Eng. Des. V. 44. P. 147. 1999.

70. M.Gerber, T.Graf, A.Kudryashov. Generation of custom modes in a Nd:YAG laser with a semipassive bimorph adaptive mirror.// Appl.Phys. BOO, pp. 1-8,2005.

71. A.V. Kudryashov, V.V. Samarkin, Control of high power C02 laser beam by adaptive optical elements.// Opt. Comm. 118, pp. 317-322, 1995.

72. Самаркин B.B. Разработка и исследование адаптивных биморфных зеркал для управления излучением промышленных СО2 и мощных фемтосекундных .// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. МГУ. 2002

73. Воронцов М.А., Гнедой С.А., Кудряшов А.В., Самаркин В.В., Шмальгаузен В.И., Якунин В.П. Управляемые зеркала на основе полупассивных биморфных пьезоэлементов.// Препринт НИЦТЛ АН. Шатура. №29. С. 29. 1987.л I

74. T.Yu.Cherezova, L.N.Kaptsov, A.V.Kudryashov, Cw industrial rod YAG:Nd laser with an intracavity active bimorph mirror Л Appl. Opt. 35(15), pp. 2554-2561, 1996.

75. A.V.Kudryashov, V.I.Shmalhausen, Semipassive bimorph flexible mirrors for atmospheric adaptive optics applications.// Opt. Eng 35(11), pp. 3064-3073, 1996.

76. Глозман И.А. Пьезокерамика.// M.: Энергия, 272 С. 1967.

77. Тараненко В.Г., Горохов Ю.Г., Романюк Н.С. Зеркала для адаптивных оптических систем.// Зарубежная радиоэлектроника. № 8. С. 19-43.1982.

78. Кудряшов А.В., Тихонов В.А., Шмальгаузен В.И. Динамические функции отклика биморфных зеркал.// Опт. атм., 1988. Т. 1. - N3. - С. 61-65.

79. Кудряшов А.В., Шелдакова Ю.В., Самаркин В.В. Программа автоматического управления биморфным зеркалом в замкнутой петле обратной связи (ClLoop9).

80. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005610575. 04.03.2005.

81. М.А.Воронцов, В.И.Шмальгаузен. Принципы адаптивной оптики.// М.:Наука, 1985.

82. Кандидов В.П., Криндач Д.П., Митрофанов О.А., Попов В.В. Адаптивная система фазовой компенсации нелинейных искажений при тепловом самовоздействии светового пучка.// Оптика атмосферы, Т.З, №12, сс.1286-1293, 1990.

83. Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика.// Новосибирск: Н.1986. 286 с.

84. Химмельблау Д., Прикладное нелинейное программирование.// М.: Мир, 1975.

85. Глебов Н.И., Кочетов Ю.А., Плясунов А.В. Методы оптимизации.// Учебн. пособие, Новосиб. ун-т, Новосибирск, 2000.

86. Spendly W., Hext G.R., Himsworth F.R., Sequentional application of simplex designs in optimization and evolutionary operation.//Technometrics, V.4, pp. 441-461, 1962.

87. Chesnokov S.S., Davletshina I.V., Simplex method in problems of light-beam phase control.// App. Opt., Vol. 34, No. 36,1995.

88. Глушков B.M. Введение в АСУ.//Киев: Техника.-1974.-320 с.

89. Gen, М., Cheng, R. Genetic Algorithms and Engineering design.// John Wiley & Sons.-1997.-352 p.

90. Goldberg D. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning.// Addison Wesley, 1989.

91. Haupt R., Haupt S., Practical Genetic Algorithms.// John Willey & Sons. 1998. 177 p.

92. Вороновский Г.К., Махотило K.B., Петрашев C.H., Сергеев С.А., Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности.//Харьков: Основа. 1997.212 с.

93. Tang K.S, Man K.F., Kwong S. and Q. He., Genetic Algorithms and their Applications.// IEEE Signal Processing Magazine. Nov, pp. 22-36, 1996.

94. Растригин JI.A. Этот случайный, случайный, случайный мир.// М.: Молодая гвардия. 1974. 207 с.

95. Holland J.H., Adaptation in Natural and Artificial Systems.// Ann Arbor: The University of Michigan Press, 1975.

96. Darrel Whitley. Genetic Algorithm Tutorial.// Dep. of Сотр. Science, Colorado State University, 1993.

97. Luke S., When Short Runs Beat Long Runs.// Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference, Morgan Kaufmann, 2001.

98. Wright I.H., Rowe J.E., Neil J.R., Analysis of the Simple Genetic Algorithm on the Single-peak and Double-peak Landscapes.// Proceedings of CEC, IEEE Press, 2002.

99. Zhou G., Yuan X, Dowd Ph., Lam Ye. Design of diffractive phase elements for beam shaping: hybrid approach.// J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 18, No. 4, 2001.

100. Sheldakova J., Rukosuev A.L., Kudryashov A.V., Genetic and hill-climbing algorithms for laser beam correction.// Proc. of SPIE, Vol. 5333,106-111, 2004.

101. Collaro A., Franceshetti G., Palmieri F., Ferrerio M. Phase unwrapping by means of genetic algorithms.// J.Opt.Soc.Am.A., Vol.15, No2, 1998.

102. Cheng Ch., Ma Y., He S. Optimization of sealed-off CO2 laser resonator by utilizing a genetic algorithm.// Optics & Laser Technology, 33,601-604,2001.

103. J.Sheldakova, A.Rukosuev, A.Alexandrov, A.Kudryashov, Multy-dither adaptive optical system for laser beam control.// Proc. SPIE 4969, pp. 115-121, 2003.

104. J.Sheldakova, T.Cherezova, A.Alexandrov, A.L.Rukosuev, A.V.Kudryashov, The use of M2 meter to correct for high-power laser aberrations.// Proc. SPIE 5708, pp. 352359,2005.

105. Ю.В.Шелдакова, А.В.Кудряшов, А.Л.Рукосуев, Т.Ю.Черезова, Использование гибридного алгоритма управления биморфным зеркалом для фокусировки светового излучения.// Оптика атмосферы и океана, том 20, № 4, сс.380-383 2007.

106. J.Sheldakova, T.Cherezova, A.Kudryashov, M2 Meter as a Part of Closed-Loop Adaptive Optical System for High-Power Laser Beam Correction.// Proc. of CAOL 2005 (2nd Int. Conf. on Advanced Optoelectronics and Lasers), 1, p.209, 2005

107. Ш.Е.А.Орленко, Т.Ю.Черезова, Ю.В.Шелдакова, А.В.Кудряшов, Внеосевые параболические зеркала: способ юстировки, измерение и коррекция аберраций.// Оптический журнал 72, сс. 306-312, 2005

108. Kalogeropoulos Т.Е., Saridakis Y.G., Zakynthinaki M.S. Improved stochastic optimization algorithm for adaptive optics.// Comp.Phys.Comm. 99, p. 2, 1997

109. J.V.Sheldakova, V.V.Samarkin, A.V.Kudryashov, Correction of the radiation of lkW CW diode pumped glass laser.// Proc. SPIE 6101, pp. 61010B, 2006

110. J.Lu, J.Song, M.Prabhu, J.Xu, K.Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, A.Kudryashov, Highpower Nd:Y3Al5012 Ceramic Laser.// Jpn. J. Appl. Phys. 39, Part 2(1 OB), pp. LI048-L1050,2000.

111. J.Lu, M.Prabhu, K.Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, A.V.Kudryashov, Highly efficient lasers using polycrystalline Nd:YAG ceramics.// Proc. SPIE 4184, p.373-376,2000.

112. V.Samarkin, A.Aleksandrov, V.Dubikovsky, A.Kudryashov, Water-cooled bimorph correctors.// Proc. SPIE 6018, pp.60180Z-60180Z-5, 2005

113. H.Weber, Resonators for High Power Solid State Lasers the Fight for Beam-Quality.// Proc. SPIE 3267, pp. 2-13,1998

114. S.Seidel, A.Schirrmacher, G.Mann, Nursianni, Th.Riesbeck, Optimized resonators for high-average-power high-brightness Nd:YAG lasers with birefringence compensation.// Proc. SPIE 3267, pp. 214-225, 1998

115. Lu Q., Kugler N., Weber H., Dong S., Muller N. Wittrock U., A novel approach for compensation of birefringence in Nd:YAG rods.// Opt. and Quantum Electron. 28, pp. 57-69,1996

116. M. Frede, R.Wilheim, M.Brendel, C.Fallnich, F.Seifert, B.Willke, K.Danzmann, High power fundamental mode Nd:YAG laser with efficient birefringence compensation.// Opt. Express 12, pp. 3581-3589,2004