[發明專利]一種用于光束整形元件在線情形的瞬態波前畸變測量方法

有效

• 申請號: 201811054416.6
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109186956B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 曾發;代萬俊;薛嶠;張曉璐;王德恩;龍蛟;宗兆玉;趙軍普;李森;田曉琳;梁樾;張君;彭志濤;胡東霞;鄭奎興
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

本發明涉及一種用于光束整形元件在線情形的瞬態波前畸變測量方法，屬于波前畸變測量技術領域。首先，獲得參考光斑圖像，其次，采集入射光束對應的實際光斑圖像，選定子孔徑區域，將實際光斑圖像與參考光斑圖像進行比較，得到各子孔徑區域內對應的的相對偏移量，獲得入射光束的局部波前斜率，最后，采用波前重構算法完成入射光束中未知的波前畸變測量，本發明在進行波前重構時，可將入射光束自身的波前畸變與光束整形元件的調制之間的耦合影響進行分離，適用于光束整形元件在線情形的瞬態波前畸變測量，同時，不增加傳統夏克?哈特曼波前測量系統硬件復雜度，對于含光束整形元件的短脈沖激光器的光束質量診斷具有重要意義。

技術領域

本發明屬波前畸變測量技術領域，具體地說涉及一種用于光束整形元件在線情形的瞬態波前畸變測量方法。

背景技術

在用于慣性約束聚變或高能量密度物理實驗研究的激光裝置中，通常需要對靶面焦斑進行整形，以抑制激光等離子體相互作用、降低壓縮過程中的流體力學不穩定性。在光路中置入光束整形元件，是實現焦斑整形的常用技術手段之一。例如，美國的NIF激光裝置、OMEGA激光裝置中均采用了連續相位板(CPP)，對光束進行整形。

然而，當CPP等光束整形元件在線時，入射光束自身攜帶的波前畸變(通常以低頻成分為主)將與整形元件對應的光場調制耦合在一起，使得傳統的夏克-哈特曼波前檢測方法難以測量入射光束自身包含的波前畸變，進而無法實現光束整形元件在線情形下的光束質量有效檢測與控制，導致焦斑整形效果存在一定的不確定性。此外，NIF、OMEGA等巨型高能量高功率裝置，往往工作在短脈寬低重頻輸出模式下，不同發次對應的光束波前可能存在明顯差異，同時，為客觀測量這類激光裝置的光束瞬態波前畸變，還要求測量方法可工作在單幀曝光模式下。

發明內容

針對現有技術的種種不足，為了解決上述問題，現提出一種在不增加傳統夏克-哈特曼波前測量系統硬件復雜度的前提下，通過對波前重建算法進行改進，采用單幀曝光方式實現的用于光束整形元件在線情形的瞬態波前畸變測量方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種用于光束整形元件在線情形的瞬態波前畸變測量方法，包括以下步驟：

S1：獲得參考光斑圖像；

S2：采集入射光束對應的實際光斑圖像，選定子孔徑區域，將實際光斑圖像與參考光斑圖像進行比較，得到各子孔徑區域內對應的的相對偏移量，獲得入射光束的局部波前斜率；

S3：采用波前重構算法完成入射光束中未知的波前畸變測量。

進一步，所述參考光斑圖像和實際光斑圖像通過夏克-哈特曼波前傳感器獲得，所述光束整形元件為靜態的相位板、透過率調制器件、可動態調控的相位調制元件、可動態調控的振幅調制元件、反射式元件或同時具備相位及振幅調制特性元件。

進一步，所述步驟S1中，所述參考光斑圖像的獲得方法包括以下步驟：

S11：設定入射光束為理想波前畸變，結合現有裝調工藝水平限定光束整形元件沿x、y、z軸平移及轉動方向存在的裝調位姿誤差區間，在所述裝調位姿誤差區間進行離散采樣，得到各種位姿誤差狀態下對應的計算光斑圖像庫；

S12：光束整形元件在線情形下，按照夏克-哈特曼波前傳感器中的子孔徑分布，將采集得到的光斑圖像、計算光斑圖像庫分別劃分為若干個子孔徑，計算各子孔徑內采集得到的光斑圖像與計算光斑圖像之間的累計相關系數，取累計相關系數最大值對應的計算光斑圖像作為參考光斑圖像。