[發明專利]一種腔內自適應光學光束凈化系統及方法

有效

• 申請號: 201210175574.3
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102707434A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 晏虎;楊平;許冰;劉文勁;雷翔;董理智
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

1.一種腔內自適應光學光束凈化系統，其特征在于包括：平行光源（1）、變形鏡（2）、哈特曼傳感器（3）、數據采集與控制計算機（4）、高壓放大器（5）、分光鏡（6）、聚焦透鏡（7）、光束質量診斷相機（8）和激光器（9），所述變形鏡（2）作為激光器（9）諧振腔的后鏡；平行光源（1）發出的準直平行光束，以一定角度入射變形鏡（2），且平行光源（1）發出的平行光束覆蓋激光器(9)受激輻射光在變形鏡（2）鏡面上的光斑；經變形鏡（2）反射后的平行光束被哈特曼傳感器（3）接收；激光器（9）發出的光束經分光鏡（6）分束，一束為作為激光輸出；另一束經過聚焦透鏡（7）聚焦進入光束質量診斷相機（8），數據采集與控制計算機（4）接收哈特曼傳感器（3）和光束質量診斷相機（8）的信號并與高壓放大器（5）相連；進行光束凈化時，數據采集與控制計算機（4）利用哈特曼傳感器（3）在變形鏡（2）上預置先驗面形，然后根據光束質量診斷相機（8）測量的光束質量，利用隨機優化控制方法得到控制輸出電壓，從而起到優化激光器（9）輸出光束質量的目的。

2.根據權利要求1所述的一種腔內自適應光學光束凈化系統，其特征在于：所述隨機優化控制算法采用隨機并行梯度下降算法、遺傳算法、爬山法、蟻群算法或模擬退火算法。

3.一種腔內自適應光學光束凈化方法，其特征在于實現步驟如下：

第一步，標定哈特曼傳感器（3），激光器（9）開機前，數據采集與控制計算機（4）采集多幀哈特曼傳感器（3）輸出的光斑圖像數據，對光斑數據求平均后作為初始定標數據，根據公式計算子孔徑的光斑初始質心位置坐標[X_c0，Y_c0]，并構造各個子孔徑對應的光斑偏移量組成的光斑初始斜率矩陣G₀；其中I_i是哈特曼傳感器（3）中某個子孔徑內第i個像素接收到的信號強度，X_u和Y_i分別是第i個像素的坐標；

第二步，實驗測量變形鏡（2）電壓-斜率響應矩陣R_xy，依次對變形鏡（2）的J個驅動器施加單位電壓和同時利用哈特曼傳感器（3）記錄光斑偏移量矩陣，構造變形鏡（2）的電壓-斜率響應矩陣R_xy，并求解R_xy的廣義逆矩陣

第三步，預置變形鏡先驗面形，變形鏡（2）先驗面形對應的光斑偏移量矩陣為G，首次進行光束凈化時，G＝G₀，對變形鏡（2）施加的電壓向量為V=Rxy+(G-G0);]]>

第四步，采用隨機優化控制方法優化遠場光束質量，數據采集與控制計算機（4）接收光束質量診斷相機（8）采集到的光強分布數據，計算光束質量，根據隨機優化控制方法實時更新變形鏡（2）各個驅動器的控制電壓，跟蹤補償變形鏡（2）腔內動態畸變，使激光器（9）獲得衍射極限光束輸出；

第五步，更新光斑偏移量矩陣G，在第四步對激光器（9）遠場光束質量進行優化的同時，數據采集與控制計算機（4）實時記錄哈特曼傳感器（3）測量的光束波前斜率，記錄遠場光束質量最優時光斑偏移量矩陣G′，本次腔內光束凈化結束前，令G＝G′完成光斑偏移量矩陣的更新，再次腔內光束凈化時從“第三步”開始執行。