激光光强分布和波前的控制装置及控制方法

专利名称：激光光强分布和波前的控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及ー种激光光强分布和波前的控制装置及控制方法
背景技术：
激光自1960年问世至今，得到的了空前的发展，由于其亮度高、単色性好、准直和聚焦性能好，已在科学研究、军事国防、エ业加工、天文观测和信息传播等领域得到的广泛的应用。在实际应用当中，激光的光强分布和波前决定了其传输、聚焦、变换的性质。根据激光质量因子M2的定义可以推导出，如果忽略激光的线宽影响，M2因子可以表述为光强项和像差项平方和的算术平方根
权利要求
1.ー种激光光强分布和波前的控制装置，其特征在于，包括控制器以及依次设置在激光的光路上的光强增益器、激光波前校正器、分束镜和第一探測器；所述控制器分别与所述光强增益器、激光波前校正器和第一探测器连接，所述光强増益器用于调节激光的光强分布，所述激光波前校正器用于补偿激光的位相畸变，所述分束镜将光强和波前受到控制后的激光分离出小部分能量供第一探测器进行探測，并将其余大部分能量反射输出，所述控制器内预设目标光强分布和目标波前，所述第一探測器用于探测激光经光强增益器和激光波前校正器后的光强分布与波前信息并传输给控制器，所述控制器根据接收到的光强分布与波前信息分别调节光强增益器和激光波前校正器以使第一探測器所探測到的信息达到预设的目标光强分布和目标波前。
2.如权利要求I所述的激光光强分布和波前的控制装置，其特征在于，所述光强増益器包括増益介质、泵浦源和光学元件，所述增益介质设置在激光的光路上，所述泵浦源向增益介质发出泵浦光，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述控制器与所述光学元件连接，用于控制射入増益介质内的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的増益分布，使经过增益介质的激光与预设的目标光强分布相匹配。
3.如权利要求2所述的激光光强分布和波前的控制装置，其特征在干，所述光学元件包括液晶光阀和反射镜，在泵浦源和増益介质的出射面之间依次设置液晶光阀和反射镜，所述控制器与所述液晶光阀相连接，所述反射镜的表面镀有对泵浦光全反、对激光増透膜层。
4.如权利要求I所述的激光光强分布和波前的控制装置，其特征在于，所述激光波前校正器为变形镜。
5.如权利要求I所述的激光光强分布和波前的控制装置，其特征在于，所述第一探測器为哈特曼传感器或剪切干涉仪与科学CCD的组合。
6.如权利要求I所述的激光光强分布和波前的控制装置，其特征在于，在所述激光波前校正器的激光输出口设有动态扰动标定系统，所述动态扰动标定系统包括平面镜和第二探測器，所述激光波前校正器输出的激光经平面镜进行透射输出，信标光从激光的输出方向射入并携带动态扰动的幅相信息，所述平面镜将携带有动态扰动的幅相信息的信标光从光轴分离后反射到第二探測器，所述第二探測器将探测到的携帯有动态扰动的幅相信息的信标光的动态光强分布和波前信息传输给控制器；所述第二探測器为哈特曼传感器或剪切干涉仪与科学C⑶的组合。
7.ー种激光光强分布和波前的控制方法，其特征在于，在激光的光路上依次设有光强増益器、激光波前校正器、分束镜和第一探測器，控制器分别与光强增益器、激光波前校正器和第一探测器连接，所述光强増益器用于调节激光的光强分布，所述激光波前校正器用于补偿激光的位相畸变，所述分束镜将光强和波前受到控制后的激光分离出小部分能量供第一探测器进行探測，并将其余大部分能量反射输出，所述控制器内预设目标光强分布和目标波前，所述第一探測器用将探测到的光强分布与波前信息传输给控制器，所述控制器根据接收到的光强分布与波前信息分别调节光强增益器和激光波前校正器以达到预设的目标光强分布和目标波前。
8.如权利要求7所述的激光光强分布和波前的控制方法，其特征在干，所述光强増益器包括増益介质、泵浦源和光学元件，所述增益介质设置在激光的光路上，所述泵浦源向增益介质发出泵浦光，所 述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述控制器与所述光学元件连接，用于控制射入増益介质的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的増益分布，使经过增益介质的激光与预设的目标光强分布相匹配。
9.如权利要求8所述的激光光强分布和波前的控制方法,其特征在于,所述光学兀件包括液晶光阀和表面镀有对泵浦光全反、对激光増透膜层的反射镜时，在泵浦源和増益介质的出射面之间依次设置液晶光阀和反射镜，控制器与液晶光阀相连接，所述控制器施加给液晶光阀的电压设为U1U, y)，泵浦光经过液晶光阀后的光强设为Ip(X，y)，其中， 式中，C1为液晶光阀的透过率-电压系数，IiOc, y)为增益介质的入射ロ处的的激光原始的光强分布，Itj(^y)为控制器内预设的激光的目标光强分布，Iptl (x，y)为泵浦光原始的 光强分布 X1为激光波长，λ P为泵浦光的波 长，h为普朗克常量，c为光速，σ 21为增益介质的受激发射截面，τ f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，e为欧拉系数。
10.如权利要求7所述的激光光强分布和波前的控制方法，其特征在于，激光波前校正器为变形镜时，激光经变形镜使其光强分布被控制在目标光强分布内，激光经变形镜产生位相延迟后经由分束镜输出，第一探測器将探测到的波前信息传输给控制器，控制器根据波前信息与预设的目标波前相比较后输出控制电压ル给变形镜以调节位相延迟CPdm从而补偿激光的波前畸变， 变形镜产生的位相延迟CPdm为 式中，N为变形镜的致动器的数量，Un为变形镜第η个致动器的驱动电压，IFn(X，y)为第η个致动器的影响函数。
全文摘要
本发明涉及激光技术领域，本发明公开了一种激光光强分布和波前的控制装置及控制方法，该控制装置包括控制器以及依次设置在激光的光路上的光强增益器、激光波前校正器、分束镜和第一探测器，采用光强增益器调节激光的光强分布，采用激光波前校正器补偿激光的位相畸变，控制器根据接收到的光强分布与波前信息分别调节光强增益器和激光波前校正器使得第一探测器所探测出的信息达到预设的目标光强分布和目标波前。本发明实现了调节激光光强分布的同时，可对激光的波前进行有效的控制，且可有效地将任意形式的激光实时变换为具有任意光强分布、任意波前的激光，可以有效地应用于对高功率、高能量激光的光强分布与波前的控制。
文档编号G02B26/06GK102645745SQ20121011510
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者刘欢, 巩马理, 张海涛, 柳强, 邱运涛, 闫平, 黄磊 申请人:清华大学