[發明專利]一種電動閉環調整的板條激光擴束準直系統

有效

• 申請號: 201410656319.X
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104330864B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 范國濱;張衛;田飛;葉一東;廖原;顏宏;陳黎;羅佳;李建民;盧飛
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: G02B7/02
• 分類號: G02B7/02;G02B27/09;G02B27/30
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 卿誠,吳彥峰

技術領域

本發明屬于激光光束的整形、耦合、變換技術領域，具體涉及一種電動閉環調整的激光準直擴束光學系統，用于固體板條激光器輸出光束的尺寸縮放及發散角實時自動調節。

背景技術

在固體板條激光器中，增益介質的非對稱幾何結構和“之”字型光路可有效補償熱透鏡及熱致雙折射等熱光效應，更易于在高功率激光輸出條件下獲得較好的光束質量。但是由于板條增益介質寬度方向的尺寸遠大于厚度方向尺寸，高功率連續運轉情況下增益介質內部寬度方向和厚度方向的溫度梯度差異較大，從而導致其輸出光束在這兩個方向上發散角差別較大，且發散角會隨著加載功率及運行時間的不同而發生明顯變化，降低光束質量，因此需要對其輸出光束進行實時擴束準直。

現有的板條激光擴束準直系統主要有兩種形式：1）球透鏡擴束準直系統：由兩塊球透鏡構成，對板條激光進行圓對稱的擴束準直。該方案系統結構簡單，但不能同時兼顧板條激光寬度和厚度兩個方向的發散角準直。2）柱透鏡擴束準直系統：由兩塊柱透鏡和兩塊球透鏡構成，對板條激光的寬度和厚度方向特定的發散角進行預補償，但板條激光的發散角會隨著加載功率及運行時間的不同而發生明顯變化，該方案準直存在較大的殘差且在強光狀態下不能實時調節，手動調節作業人員安全不能保證，這是現有技術所存在的不足之處。

發明內容

本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種電動閉環調整的激光準直擴束光學系統的技術方案，該方案采用計算機對CCD采集的遠場光斑進行數據處理，計算出光束在板條寬度和厚度方向的發散角，換算出兩塊柱透鏡移動的空間距離，進一步轉化為步進電機的轉動幀數，輸出到步進電機上分別對兩塊柱透鏡的空間位置進行實時調整，保證對不同工作條件下的板條激光都具有較好的準直效果。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種電動閉環調整的板條激光擴束準直系統，包括有板條激光器、第一柱透鏡、第二柱透鏡、第一球透鏡、第二球透鏡、計算機、步進電機和遠場探測系統；第一柱透鏡和第二柱透鏡相互正交放置；第一柱透鏡和第二柱透鏡分別與步進電機連接；計算機分別與步進電機和遠場探測系統連接；板條激光器發射的激光束依次穿過第一柱透鏡、第二柱透鏡、第一球透鏡和第二球透鏡后射入遠場探測系統；計算機接收遠場探測系統的反饋信號并根據反饋信號控制步進電機運行從而控制第一柱透鏡和第二柱透鏡的位置。

作為本方案的優選：遠場探測系統包括有分光鏡、聚焦透鏡和CCD；準直后的激光束依次經過分光鏡和聚焦透鏡射入CDD的感光面；所述CDD的感光面放置于聚焦透鏡的焦點處。

作為本方案的優選：分光鏡為強光高反鏡，反射率大于99.9%，材料選取高品質融石英材料，吸收系數小于10ppm，在90%的通光口徑范圍內反射和透射面型PV值均小于λ/6@633nm。

作為本方案的優選：遠場探測系統包括有分光鏡、長焦距消色差聚焦透鏡組和CCD；所述長焦距消色差聚焦透鏡組包括有彎月形球透鏡、平凹透鏡和包含有兩片球面透鏡的雙膠合透鏡組；準直后的激光束依次穿過分光鏡、彎月形球透鏡、平凹透鏡和包含有兩片球面透鏡的雙膠合透鏡組后射入CDD感光面；所述CDD感光面設置于雙膠合透鏡組的焦點處。

作為本方案的優選：計算機對CCD采集的遠場光斑進行數據處理，計算出光束在板條激光器寬度和厚度方向的發散角，換算出兩塊柱透鏡移動的空間距離，進一步轉化為步進電機的轉動幀數，輸出到步進電機上分別對第一柱透鏡和第二柱透鏡的空間位置進行實時調整。

本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由于在該方案中通過兩塊正交放置的柱透鏡和兩塊球透鏡構成發散角準直透鏡組，可分別對板條激光寬度和厚度方向的發散角進行準直；遠場探測系統可對準直效果進行實時探測，計算機對CCD采集的遠場光斑進行數據處理，計算出光束在板條寬度和厚度方向的發散角，換算出兩塊柱透鏡移動的空間距離，進一步轉化為步進電機的轉動幀數，輸出到步進電機上分別對兩塊柱透鏡的空間位置進行實時調整，保證對不同工作條件下的板條激光都具有較好的準直效果。

本發明能夠保證板條激光在不同的工作狀態下都具有較好的準直效果，調節精度高，準直效果好，操作安全簡單。

由此可見，本發明與現有技術相比，具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為圖1中第一柱透鏡和第二柱透鏡的立體結構示意圖。

圖3為本發明實例2的遠場聚焦透鏡組的結構示意圖。