Influence of charge coupled device (CCD)′ s nonlinear response characteristics on the near-field and far-field beam quality′ s measurement of high power laser system is analyzed. A new calibration method, based on single slit diffraction, is presented to calibrate CCD′ s photoelectric characteristics. Accomplish the calibration of a given CCD and restore the grey level of near-field and far-field energy distribution by the calibration curve in ideal and practical system to observe the influence on the measurement of near-field fill factor (FF) and far-field encircled energy distribution. The restoration shows that in a certain laser system the near-field FF will improve 1% ~2% after the grey level restoration. And it has nearly no influence on the farfield energy distribution parameters.

对利用电荷耦合器件(CCD)测量高能激光系统近远场能量分布时，CCD 光电响应非线性特性对光束质量评价的影响进行分析计算。提出了一种基于单缝衍射的CCD 光电响应标定方法，完成对某CCD 的标定工作。利用该标定结果分别对理论模拟及实际系统下的近远场能量分布进行灰度修复，考察灰度修复对近场填充因子(FF)及远场环围能量分布的影响。对实际光束的修复结果表明，经过灰度修复的近场填充因子会提高1 %~2 %，对远场评价基本无影响。

根据菲涅耳衍射积分，研究了拉盖尔高斯光束经过单缝衍射后的光强分布，发现拉盖尔高斯光束经过单缝后衍射条纹会出现空心和发生弯曲，并与实验结果进行了比较。研究了拉盖尔高斯光束经过单缝后的螺旋谱，发现单缝的存在会使螺旋谱展宽。给出了拉盖尔高斯光束经过单缝衍射后的相位分布。研究结果可用于涡旋光束拓扑电荷数的测量。

根据菲涅耳衍射积分,研究了拉盖尔高斯光束经过单缝衍射后的光强分布。研究表明,拉盖尔高斯光束经过单缝后衍射条纹会发生断层和弯曲,弯曲的方向和程度跟拓扑电荷数紧密相关。实验结果也证实了这一现象。还研究了拉盖尔高斯光束经过单缝后的螺旋谱。研究表明,单缝的存在会使螺旋谱展宽,展宽程度受到拓扑电荷数、光斑大小以及单缝缝宽的影响。

提出了一种全新的圆度误差光学自动测量方法.新方法基于单缝衍射原理,利用工件的圆度误差来改变衍射单缝的宽度,进而改变衍射条纹的间距.在测量单缝衍射中央明纹的宽度时,提出了用最小二乘法对测量到的衍射图像的光强分布进行二次曲线拟合,并由拟合得到的数学表达式,确定衍射暗条纹的精确位置.由导出的工件圆度误差与单缝衍射中央明纹宽度之间的关系,用最小二乘法对工件的圆度误差进行了评定.测量结果表明,新的圆度误差测量方法是可行的,圆度误差的相对不确定度小于1.4%,并且测量系统具有操作方便、精度高的优点,新方法也可应用于锥角、直线度误差等其它几何量的精密测量中.

由于较高次衍射条纹的光强很微弱,以及激光的漫反射和CCD器件本身存在的暗电流噪声等原因,使得暗条纹中心距难以精确测量,这是单缝衍射法测量几何量中影响测量精度的主要原因.为此,提出了分步滤波法和暗条纹中心判定条件.对衍射条纹原始采集数据先进行过滤波,再进行欠滤波,尽量消除干扰信号的影响,获得有用信号;利用最小二乘法对衍射条纹曲线进行拟合,并利用二分搜索法对拟合曲线的波谷进行精确定位,就可较精确地得到暗条纹的中心位置.实验表明,暗条纹中心距的测量精度达到优于5μm的水平.