[發明專利]基于反饋迭代波前整形技術飛秒激光成絲調控裝置與方法

有效

• 申請號: 201811420182.2
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109270764B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 譚文疆;楊洋;李婧;司金海;唐詩韻
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種基于反饋迭代波前整形技術飛秒激光成絲調控裝置與方法，其裝置的構成是在飛秒激光器的輸出端光路上依次設有可調小孔光闌、可變連續衰減器、空間光調制器、透鏡、水、可調小孔光闌、透鏡、低通濾波器及CCD相機。本發明采用反饋迭代技術，由CCD相機采集到的超連續譜計算反饋信號，并使用遺傳算法控制空間光調制器對初始激光脈沖的相位進行調制，從而實現對成絲過程的控制。本發明可以實現飛秒激光脈沖在透明介質中傳播時的成絲過程的精確控制，包括形成單絲或者多絲陣列、成絲的位置，同時具有簡單有效的特點。

技術領域

本發明屬于強場激光物理領域，涉及一種控制飛秒激光脈沖在透明介質中傳播時的成絲過程的裝置和控制方法。

背景技術

飛秒激光在透明介質中傳播時，當其峰值功率超過一定數值，即臨界功率時，這種超高峰值功率的飛秒激光脈沖會產生自聚焦效應，并在光學介質內形成等離子體；當等離子體的散焦效應與自聚焦效應達到動態平衡時，飛秒激光脈沖就會在傳播方向上形成一條狹長的等離子體通道，稱為飛秒激光光絲，這就是所謂的成絲現象。成絲現象一經發現就引起了人們的廣泛地關注，在大氣遙感、激光引雷、空氣激光、硬脆材料無痕切割等領域得到了廣泛的應用。

飛秒激光成絲過程涉及到一系列非線性效應，激光光強及其波前的輕微擾動，都可能影響其成絲過程，造成飛秒激光成絲過程中光絲的數目、成絲長度等不穩定。為了保證飛秒激光成絲的應用，人們發展了一系列實現飛秒激光成單絲的調控手段，例如改變初始激光脈沖的強度分布(比如橢圓分布)、調整系統數值孔徑、使用相位掩模板或是空間光調制器對初始激光脈沖的相位進行調控等等。其中入射激光波前相位調控的方式對激光能量損失較少，是一種非常有前景的調控方式，然而目前這種方式大都利用固定相位模板對飛秒激光波前進行控制，進而實現對飛秒激光成絲過程的調控，該方法強烈依賴于入射激光的波前參數，在激光波前發生畸變后，適應性較差。基于反饋迭代的飛秒激光波前整形方法調控飛秒激光成絲過程具有調控精確，對激光參數要求少的優點，但目前文獻報道的基于反饋迭代的飛秒激光波前整形方法調控飛秒激光成絲過程方法(Opt.Commun.259,(2006)；Opt.Express 24,(2016))，仍然存在迭代算法復雜，無法調控單絲尺寸，單絲對比度較差等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種控制飛秒激光脈沖在透明介質中傳播時的成絲過程的裝置和方法，能夠實現飛秒激光脈沖在透明介質中傳播時形成多絲的精確控制，包括由多絲變為任意位置的單絲，具有簡單有效的特點。

本發明的核心思想是利用空間光調制器等波前整形設備，采用反饋迭代方式來優化飛秒激光波前，從而調控飛秒激光脈沖在透明介質中傳播時的成絲過程。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于反饋迭代波前整形技術的飛秒激光成絲過程調控方法的裝置，包括飛秒激光器，在飛秒激光器的發射光路上設有光闌和連續衰減器，飛秒激光脈沖通過光闌和連續衰減器后照射在空間光調制器上，飛秒激光脈沖經過空間光調制器反射后光路上依次設有第一凸透鏡、盛有蒸餾水的水池、光闌、第二凸透鏡、低通濾波器、CCD相機(電荷耦合器件)，并使飛秒激光脈沖通過水之后產生的超連續譜被收集在CCD相機上，CCD相機和空間光調制器均連接在計算機(個人計算機)上。

一種基于反饋迭代波前整形技術的飛秒激光成絲過程調控方法，利用計算機來監測CCD相機上收集到的超連續譜的特定范圍內的光強來計算反饋信號I_feedback，并使用遺傳算法控制空間光調制器對初始激光脈沖的相位進行調制，從而達到控制飛秒激光脈沖在透明介質中傳播時的成絲過程的目的。在所述的反饋信號在控制隨機多絲變成單絲的過程中，其中為所選取的特定范圍內超連續譜的平均強度，為所選取的特定范圍外CCD相機收集到的其他超連續譜平均強度。在所述的反饋信號在控制隨機多絲變成多絲陣列的過程中，其中為所選取的各個目標聚焦范圍內超連續譜的平均強度，為所選取的所有目標聚焦范圍外CCD相機收集到的其他超連續譜平均強度。