[發明專利]一種在線監測光柵三維角度擾動的方法和系統

有效

• 申請號: 201210435355.4
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102937513A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 李朝陽;戴亞平;王韜;馬偉新;朱儉;徐光
• 申請（專利權）人: 上海激光等離子體研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 周濤

技術領域

本發明涉及激光領域，特別涉及到一種精密在線監測光柵三維角度擾動的方法，其主要適用于基于啁啾脈沖放大技術的高功率超短激光系統。

背景技術

高功率超短激光系統目前均基于啁啾脈沖放大技術，輸出指標直接決定于系統后端的光柵壓縮器。國內外建設和運行的高能拍瓦乃至艾瓦系統為獲取高能高功率激光脈沖，壓縮脈沖接近傅里葉轉換極限達到亞皮秒或飛秒。這對光柵壓縮器提出了很高的要求：一，壓縮脈沖時間畸變受光柵三維角度失準影響敏感，光柵架通常需要很高的調節精度和穩定性，一般光柵調節精度為微弧度，穩定性為亞微弧度；二，通常高能高功率超短激光系統壓縮器規模很大，光柵口徑為米量級，細微的角度失準對于光束邊緣光程的影響很大，導致脈沖時間前沿傾斜，展寬聚焦脈沖；三，為避免高功率超短激光（功率密度大于10¹²W/cm²）電離空氣損壞光柵，壓縮器必須運行在真空環境，因此抽真空過程成為影響光柵三維角度姿態的一大隱患；四，高能高功率超短激光系統打靶周期一般為一至兩小時，長時間間隔對光柵三維角度姿態穩定維持提出了更高的要求；五，高能高功率超短激光系統中通常采用拼接光柵來拓展光柵口徑，拼接光柵一般以其中一塊子光柵為定光柵作為拼接基準，基準光柵三維角度姿態直接影響拼接光柵的效果。為保證高能高功率超短激光系統的性能必須對壓縮器光柵三維角度擾動開展在線監視和測量。

由于耗資巨大，目前世界范圍內從事高能高功率超短激光系統研究的單位不多，涉及大口徑光柵三維角度擾動監測的研究更少。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）國家點火裝置（NIF）的高能拍瓦激光系統針對光柵壓縮器設計了光柵角度擾動監視和測量系統。光柵架上預裝小口徑反射鏡，利用自準直原理，實現對光柵兩維角度擾動（方位角和俯仰角）的在線監測，分辨率為微弧度量級。但監測結果缺失了光柵面內偏轉，忽略了應力釋放、隨機擾動等因素造成的光柵相對調整架抖動及小口徑反射鏡自身抖動。

發明內容

????本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種精密在線監測光柵三維角度擾動的方法和系統。本發明的方法和系統可以實現光柵三維角度擾動監測，具有監測參數豐富和監測精度高的優點。

為了達到上述發明目的，本發明提供的技術方案如下：

一種在線監測光柵三維角度擾動的方法，該方法包括如下步驟：

第一步，建立針對待監測光柵的監測光路，該監測光路包括有監測光源、擴束器、第一分光鏡、第二分光鏡和角錐，監測光源經擴束器入射至第一分光鏡分為第一反射光和第一透射光，第一反射光垂直入射至待監測光柵面，第一透射光入射到第二分光鏡分為第二反射光和第二透射光，第二反射光利特羅角入射到待監測光柵面，第二透射光入射至角錐；

第二步，建立遠場探測單元，該遠場探測單元包括有聚焦透鏡、顯微物鏡和電荷耦合元件（CCD），該顯微物鏡的物面處于聚焦透鏡的焦點位置，焦點成像在所述的電荷耦合元件（CCD）上；

第三步，采集光柵三維角度擾動信息，入射角錐的第二透射光經角錐反射，反射光依原路返回，經第二分光鏡透射和第一分光鏡反射進入至所述的遠場探測單元；垂直入射的第一反射光經待監測光柵反射，反射光依原路返回，經第一分光鏡透射進入至所述的遠場探測單元；利特羅角入射的第二反射光經待監測光柵衍射，衍射光依原路返回，經第二分光鏡反射和第一分光鏡反射進入至所述的遠場探測單元；?

第四步，光柵三維角度擾動監測，在遠場探測單元的電荷耦合元件上，入射角錐光形成為第一遠場焦斑，垂直入射光形成為第二遠場焦斑，利特羅角入射光形成為第三遠場焦斑，監測光路搭建完成，第一遠場焦斑、第二遠場焦斑和第三遠場焦斑的初始位置重疊，以第一遠場焦斑的位置為基準零位，若第二遠場焦斑和第三遠場焦斑偏離基準零位，則第二遠場焦斑和第三遠場焦斑的橫向偏離量（S1）反映待監測光柵方位角擾動，第二遠場焦斑的縱向偏移量（S2）反映待監測光柵俯仰角擾動，第三遠場焦斑的縱向偏移量（S3）反映待監測光柵俯仰角和面內角擾動；?

第五步，光柵三維角度擾動計算，基于第四步中的三個偏移量（S1、S2、S3）通過如下公式來獲得待監測光柵三維角度的擾動情況，即方位角θ_tilt，俯仰角θ_tip和面內角θ_rot：