[發明專利]準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形系統及整形方法

有效

• 申請號: 201910429383.7
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110007471B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 李宇芯;朱成禹;遠航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明是準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形系統及整形方法。本發明建立系統包括SLM(1)，后級基頻光放大裝置(2)、倍頻系統(3)、聚焦透鏡(4)、取樣鏡(5)、CCD(6)和目標靶(7)。對SLM(1)加載具有特征定位孔的定位光闌、邊緣軟化的初始方光闌、基頻光的整形光闌和聚焦光束的整形光闌，最終獲得通過新光闌后的輸出光場分布滿足設定指標。基于SLM(1)的激光整形系統具備主動的光束整形能力，其與測量系統和計算系統一起形成的閉環負反饋式的系統結構具有便捷、易操作、高對比度和高分辨率等特點。

技術領域

本發明涉及光束整形技術領域，是一種準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形系統及整形方法。

背景技術

激光與物質相互作用，諸如激光熔覆、激光沖擊強化等工業加工領域以及激光輻照下的材料損傷和高能量場物理研究領域，很多情況下都是既需要有足夠的激光功率密度，又希望輻照光斑具有一定的面積，所以光束多以透鏡匯聚后的錐光形態輻照于物質表面。這個處于錐光中尚未到達焦面的輻照面，其光斑輪廓是否規則，光強分布是否均勻，標志著實際激光輻照場的質量，是激光與物質作用重要的條件參數。然而，當激光束經透鏡匯聚后，光場在聚焦后會按照空間角譜重新排布，在未到達焦面之前光場即已攜帶部分遠場特性，光場中的調制會隨著傳播距離的增大迅速增強，使得光場劣化，表現為光斑的中低頻強區的分裂和高頻調制的增加。這種情況無論在工業應用和科學研究中都是不希望出現的，激光輻照面任何不受控的強區分布或強度奇點的出現，都會改變激光對材料輻照的實際效果或作用機理。因此，采取有效的技術方法，抑制錐光輻照面強區分裂和奇點問題，改善強度分布，具有重要的實際意義。

現有的激光束整形技術，集中為未經聚焦的光束近場整形技術和聚焦焦平面的焦斑遠場整形技術兩類，本發面所述的準近場光束整形尚未見報道。以常見的“振蕩級+放大級”構型的主振蕩功率放大(MOPA)激光系統為例，在現有的激光近場的光束質量控制方面，主要利用非均勻膜光學元件、二元光學元件和可編程的液晶空間光調制器(SLMs)控制，以降低通量調制度，減小光斑口徑內小尺度的自聚焦效應；在遠場控制方面，即在焦斑控制方面，利用變形鏡(DMs)和空間濾波器(SFs)來減小波前畸變，以在焦區得到更接近衍射極限的遠場參數，獲得更好激光束的遠場分布。然而，位于聚焦路徑上的光束截面光場，其特性介于近場與遠場之間，強調制作用破壞了像面間的對應關系，傳統的光束空間整形方法無法有效地改善其近場分布。前級光束中由衍射、波前畸變和局部調制帶來的各段空間頻率成分，會在后級聚焦光束截面上構成復雜的光場分布，并伴隨著局部尖峰的出現，加劇光場的對比度和調制度。

發明內容

本發明為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形系統及整形方法，本發明提供了以下技術方案：

一種準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形系統，所述系統包括SLM1，后級基頻光放大裝置2、倍頻系統3、聚焦透鏡4、取樣鏡5、CCD6和目標靶7；

基頻光通過SLM1出射端進入后級基頻光放大裝置2入射端，經由所述后級基頻光放大裝置2的出射端進入倍頻系統3的入射端，通過所述倍頻系統的出射端進入聚焦透鏡4的入射端，聚焦透鏡4的出射端將基頻光匯聚在目標靶7的材料表面，所述聚焦透鏡4與目標靶7中間設置有取樣鏡5，所述SLM1、后級基頻光放大裝置2、倍頻系統3、聚焦透鏡4、取樣鏡5和目標靶7構成主光路，所述CCD6位于主光路一側，CCD6與取樣鏡5構成取樣光路，通過取樣鏡5對主光路激光進行分束采樣，CCD6對目標靶7處的聚焦光場圖像進行采集。

一種準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形方法，所述方法基于準近場聚焦光束的級聯式模糊匹配整形系統實現的，包括如下步驟：

步驟一：對SLM1加載具有特征定位孔的定位光闌，通過分析定位孔的位置，確定CCD6測量光斑與SLM1的空間轉換關系；

步驟二：對SLM1加載邊緣軟化的標準方形灰度光闌，獲得初始輻射光場分布輸出光場和對應的輸出基頻光場，根據輸出光場與基頻光場得到補償光闌；