[發明專利]一種利用光熱效應改變激光傳輸特性的裝置

無效

• 申請號: 201310011671.3
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103076674A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 郭汝海;郭勁
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

發明領域

本發明涉及激光光束質量控制領域，具體涉及為采用環形加熱器對光學元件進行加熱而改變激光傳輸特性的裝置。

背景技術

激光經過多半個世紀的發展，已經越來越多的應用于工業、醫療、軍事等領域，發揮了越來越大的作用。在激光各種系統中，人們普遍比較關心它的光束質量，或者是它的傳輸特性。

對于激光傳輸系統而言，激光源光束質量會隨著激光功率的增大而變差，同時激光束在經過光學元件傳輸中，不可避免的由于熱吸收而產生熱畸變，此種熱畸變會使傳輸的激光光束質量變差，造成整體激光系統的性能下降。此外，由于光學設計、加工、裝調的激光傳輸系統同樣會使激光束的波前產生畸變，也是激光光束質量變差的重要因素。

因此，針對光束質量變差的激光束修正系統就變得尤為重要。光束質量變差實質上是激光光束波前發生畸變，偏離了光學系統設計的初始結構，在激光束波前引入了像差而使光束質量變差。以往對于激光系統中畸變的光束采用光束凈化系統進行光束波前質量的校正，光束凈化系統通常采用變形鏡的自適應光學技術。自適應光學的校正效果主要體現在系統校正后殘余像差的大小，主要取決于波前傳感器采集和處理波前信息的精度、變形鏡的控制算法及變形鏡的校正單元數。通常情況下，變形鏡的單元數越高，其校正波前畸變和像差的能力越強，但同時也帶來了系統結構復雜，實時性變差，控制上不易實現等諸多困難，同時對于強激光系統，還要考慮變形鏡的激光損傷閾值問題。因此在很大程度上限制了自適應光學應用于激光系統中。

發明內容

本發明為解決現有強激光系統中的光束畸變修正問題，提供一種利用光熱效應改變激光傳輸特性的裝置。

一種利用光熱效應改變激光傳輸特性的裝置，該裝置包括環形加熱器、光學元件、真空箱、分束器、透鏡、溫控設備、CCD相機和四象限探測器；所述帶有激光窗口的真空箱內設置帶有環形加熱器的光學元件，激光光束經環形加熱器的光學元件后被分束器分為兩路光束，一路光束被四象限探測器接收，另一路光束經透鏡聚焦后在CCD相機上成像，計算機對CCD相機的成像信息解算后傳入溫控設備，所述溫控設備根據接收的信息對環形加熱器進行溫度控制。

本發明的工作原理：本發明利用環形加熱器對透鏡等光學元件進行邊緣加熱，對通過的光束傳輸特性進行實時控制，利用環形加熱器的光熱效應實時的改變光學元件的面形和折射率，具有快速消除波前畸變及修正光束方向的使用效果。具體的指標為：激光波前畸變的修正程度可達80%，溫控范圍為-130℃~90℃。控制的效果可以通過四象限探測器和CCD相機進行監視反饋，從而實現了自適應改變激光束傳輸特性的目的。

本發明的技術效果：本發明利用光熱效應快速改變激光束的傳輸特性，可以通過探測器監視光斑中心的位置和波前畸變，利用光熱效應改變光學元件的面形和折射率，使其滿足一定的梯度分布，這樣就可以引入和畸變光束相反的波前畸變，達到抵消光束波前畸變的目的。由此方法沒有可動的機械單元，不需要復雜的算法，相比于自適應光學系統在一些應用場合將更加實用和可靠。本發明可用于多種波長激光器波前畸變的修正，具有響應動態范圍大、可靠性高、適應范圍廣、光譜響應范圍寬和成本較低等優點。

附圖說明

圖1?為本發明所述的一種利用光熱效應改變激光傳輸特性的裝置的原理示意圖；

圖?2為本發明所述的一種利用光熱效應改變激光傳輸特性的裝置中帶有環形加熱器的單一光學元件的示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1和圖2說明本實施方式，一種利用光熱效應改變激光傳輸特性的裝置，激光光束1發射帶有波前激光的激光束進入帶有激光窗口的真空箱2，真空箱2的目的是防止環形加熱器對附近空氣加熱產生對流，對流會引起局部的湍流，而引入額外的光束波前畸變。然后光束通過環形加熱器的透射光學元件3，經過修正的激光束通過分束器4分成兩束，其中一路被四象限探測器5監視光束方向，另一束經過透鏡6聚焦到CCD相機7上，CCD相機7可以前后移動，在離焦面和焦面上得到多幅光斑圖像可以復原光束的波前信息，此波前信息可以進入計算機8，計算機8對波前信息解算，然后通過精密的溫控設備9來精確控制環形加熱器的溫度變化。這樣就實現了利用光熱效應的自適應控制光束傳輸特性的目的。

本實施方式還包括測溫元件，測溫元件與環形加熱器連接，實現對光學元件3的實時溫度測量。