[發(fā)明專利]一種透鏡組條形象散光束實時整形與低階像差補償系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510065314.4
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104678556A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭欽軍;薛正偉;徐一汀;郭亞丁;許家林;徐健;王保山;申玉;陳中正;李帥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/64
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種透鏡組條形象散光束實時整形與低階像差補償系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，同時獲得高平均功率和高光束質(zhì)量的全固態(tài)激光器在工業(yè)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域均具有重要用途。板條形激光增益介質(zhì)通過采用均勻的泵浦強度分布，大面散熱以及之字形光路傳播，被認(rèn)為是同時獲得高平均功率和高光束質(zhì)量激光器最具前途的方案。然而，在高平均功率條件下，輸出激光亮度和光束質(zhì)量仍然受限于板條激光介質(zhì)熱畸變，這些畸變通常導(dǎo)致數(shù)十個波長的光程差。變形鏡自適應(yīng)光學(xué)利用能動鏡面實時校正激光束波前畸變，并且成功的應(yīng)用于多種光學(xué)系統(tǒng)中，顯著提高激光光束質(zhì)量。然而，自適應(yīng)光學(xué)變形鏡的校正行程通常只有15微米(Jan?Pilar,et?al.Design?and?optimization?of?an?adaptive?optics?system?for?ahigh?averagepowermulti-slab?laser(HiLASE),Appl.Opt,2014vol.53,3255-6)，且優(yōu)勢主要集中在高階像差的校正。隨著激光器平均功率的繼續(xù)增加，基于變形鏡自適應(yīng)光學(xué)的光束凈化系統(tǒng)校正激光波前畸變后，光束仍有大量殘余像差，難以獲得衍射極限的光束質(zhì)量(G.D.Goodno,et?al.Coherent?combination?of?high-power?zigzag?slab?lasers,Opt.Lett,2006,vol.31,1247-1249)。值得注意的是，激光介質(zhì)熱效應(yīng)導(dǎo)致的波前畸變主要為低階像差包括離焦和象散(Xiang?Zhang,et?al.Analysis?of?thermal?effect?and?experimental?measurement??of?output?wavefront?properties?with?all-solid-state?Nd:YAG?laser,SPIE,2009,vol.7283,72833C1-72833C6)，這些像差都可以通過標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)元件進(jìn)行校正。

為了充分利用板條形激光介質(zhì)產(chǎn)生高平均功率的優(yōu)勢，必須對板條激光增益介質(zhì)熱效應(yīng)導(dǎo)致的動態(tài)低階像差進(jìn)行實時補償。專利(WO?99/08347)中介紹了一種兩鏡組光學(xué)成像系統(tǒng)用于CO₂板條激光器光束整形和象散校正，其中第一面透鏡分別對長條光束的兩個方向進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直，第二面透鏡對第一面透鏡聚焦的方向進(jìn)行準(zhǔn)直，從而實現(xiàn)準(zhǔn)直方光斑輸出。專利(CN?102621694)中介紹了一種條形象散光束整形與準(zhǔn)直裝置，其中包括兩面擴束柱透鏡和一面補償球透鏡。其中擴束柱透鏡對條形光束單向擴束、平衡條形光束水平和垂直方向的發(fā)散角，補償球透鏡將發(fā)散光束進(jìn)行準(zhǔn)直，從而實現(xiàn)準(zhǔn)直方光斑輸出。

但是以上方法和裝置只能實現(xiàn)某個特定條件下條形象散光束的準(zhǔn)直和單個方向光束整形，當(dāng)入射條形象散光束發(fā)散角和光斑大小隨板條激光增益介質(zhì)熱效應(yīng)發(fā)生變化時，所設(shè)定的值就不再是最優(yōu)值。因此，希望有一種裝置能對板條形激光增益介質(zhì)熱效應(yīng)導(dǎo)致的動態(tài)低階像差進(jìn)行實時補償和兩個方向的光束整形，與變形鏡自適應(yīng)光學(xué)高階像差校正優(yōu)勢互補，提高板條激光器出光光束質(zhì)量以及穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有變形鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中變形鏡有限校正行程對光束質(zhì)量進(jìn)一步提高的限制，以及現(xiàn)有條形象散光束整形與準(zhǔn)直裝置不能實時補償板條激光增益介質(zhì)熱效應(yīng)畸變導(dǎo)致動態(tài)低階像差的不足，如何提供一種透鏡組條形象散光束實時整形與低階像差補償系統(tǒng)，能夠具有可靠性強和適用范圍廣的?特點，適用于從毫瓦至數(shù)千瓦的連續(xù)或脈沖板條激光光束低階像差補償?shù)年P(guān)鍵問題。

為此目的，本發(fā)明提出了一種透鏡組條形象光束實時整形與低階像差補償系統(tǒng)，包括：條形激光束產(chǎn)生元件、條形象散光束實時整形與低階像差補償元件、分光鏡、光束質(zhì)量探測元件、系統(tǒng)控制元件；

其中，所述條形激光束產(chǎn)生元件，用于發(fā)出條形光束，條形光束依次通過所述條形象散光束實時整形與低階像差補償元件；

所述條形象散光束實時整形與低階像差補償元件，用于對入射條形光束相互垂直的兩個方向進(jìn)行實時整形和低階像差補償，將輸出光束整形為預(yù)定大小，準(zhǔn)直的方形激光束；

所述分光鏡，用于對整形后的光束進(jìn)行分束，反射部分作為主激光輸出，透射部分作為采樣信號激光入射到所述光束質(zhì)量探測元件；

所述光束質(zhì)量探測元件，用于對所述透射采樣信號激光進(jìn)行探測，測量透射激光束的光束質(zhì)量；