[發明專利]一種激光光束的波前凈化方法

有效

• 申請號: 201710400450.3
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107302171B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 周壽桓;劉磊;王鋼;趙鴻
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十一研究所
• 主分類號: H01S3/042
• 分類號: H01S3/042;H01S3/04
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 于金平

本發明提供了一種激光光束的波前凈化方法，所述方法包括：將半導體制冷器貼合在光學材料上；通過調整半導體制冷器的溫度改變光學材料中的折射率場分布，以使當帶有波前畸變的激光光束通過光學材料時，得到凈化的激光光束。由于光學材料的折射率隨溫度變化的特性，當激光束通過該光學材料后，對應光學材料不同位置處光程會形成差異，通過對光程差的控制從而實現對激光波前的控制，即實現對激光波前畸變的補償，能夠解決激光在通過板條后激光光束質量退化的問題。

技術領域

本發明涉及激光光束凈化技術領域，特別涉及一種激光光束的波前凈化方法。

背景技術

高功率板條固體激光器研制中，除了需要提升功率/能量的技術方案，還必須研究光束控制與提高光束質量的問題，具有高功率高光束質量的激光才能滿足實際應用的需要。在實際工作中，高功率激光系統輸出的激光都有振幅調制和相位畸變，理論和實驗研究都證明，對于遠場光束質量來說，相位畸變是主要影響因素。激光束通過具有一定溫度分布的激光增益介質或非理想的光學系統后，其波前會發生畸變，這種波前畸變通常會隨著激光輸出功率的增加而變得更加嚴重。

高功率板條固體激光器激光波前的畸變中一般包含熱透鏡效應等因素引起的低階畸變和溫度不均勻分布、衍射等因素引起的高階畸變，低階畸變可以利用柱面鏡等光學元件進行修正或補償，高階畸變目前基本采用主要由變形鏡組成的自適應光學系統進行凈化，這項技術通常用來凈化大氣擾動引起的相差，用于高功率固體激光系統中也獲得了成功，但是隨高功率固體激光技術的發展，激光器的輸出功率越來越高，影響的波前畸變也越來越大，變形鏡系統遇到了一些難以逾越的障礙，一是分辨率不夠，受到技術水平所限，用于高功率激光波前凈化的變形鏡致動器間距較大(目前國內用于高功率激光波前凈化的變形鏡致動器最小間距為8mm)，而高階像差的變化非常復雜，一般都超出了變形鏡的凈化能力范圍，這種情況下的凈化效果較差。二是行程量小，受變形鏡材料限制，變形鏡面形不能在大范圍內變化，通常的最大行程在10μm左右，而高功率固體激光系統中如果要提高激光輸出功率激光光束就要通過更長的增益介質，相應的會產生很大的波前畸變，這就經常會超出變形鏡的行程范圍，因此反過來制約了激光功率的進一步提高。

除了以變形鏡為代表的反射式波前凈化器之外，還有透射式的波前凈化器，其中主要有衍射光學元件和透射式液晶空間光調制器。衍射光學元件是利用了光的波動性，在一片光學材料的基底上做出許多臺階狀的亞微米、微米量級的微結構，當光投射到這些帶有浮雕結構的器件表面時，波前受到調制，進而實現某些光學功能。主要優點是這種元件是純相位型的，有極高的衍射效率，不僅能夠產生任何形式的波前，而且還能對光波波前進行變換和凈化；可以大量復制；實現系統輕型化、集成化。但其用于高功率激光光束凈化時需要準確測量出激光束波前然后再進行光學加工，這就使得其要求激光束有非常好的穩定性和重復性，否則波前凈化能力大幅度降低，由于實際工作中高功率固體激光器的調試和元器件更換等改變是不可避免的，所以激光波前難以保持不變，所以這種方法目前很少用于高功率固體激光光束波前的凈化。液晶光調制器是以電寫入液晶空間光調制器為核心，結合濾波、CCD采集、監視器及計算機組成的實時、可調控的激光光束空間整形系統。它由兩偏振片夾一液晶顯示層構成,通過液晶分子的旋光偏振性和雙折射性來實現對入射光束的波面振幅和相位的調制，即其光學調制特性主要是旋光偏振性和雙折射性。通過設置不同的偏振片的相對偏振方位，改變加在液晶像素上的電壓，可獲得相應液晶空間光調制器的調制模式與調制特性曲線。現在最通行的電尋址液晶空間光調制器是薄膜晶體管透射陣列式液晶電視，這種電尋址液晶空間光調制器能方便地與計算機接口，在設定的光學調制模式下，實現相應的單元像素的振幅或相位的調制。其優點是實時可控的凈化波前，缺點是激光損傷閾值較低，僅適用于高功率激光系統前級，但由于高功率激光系統波前畸變主要產生于放大級，如果采用預控制技術的話有會遇到孔徑限制等難題，所以液晶空間光調制器目前也較少用于高功率激光系統中。

發明內容