一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器及校正方法技术方案

技术编号:15111327 阅读:103 留言:0更新日期:2017-04-09 02:08
本发明专利技术涉及一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器及校正方法,属于高功率固体激光装置技术领域,包括相连接的波前校正器、波前传感器和控制器,还包括取样光路和标定光源,所述波前传感器、取样光路均对称设置在所述放大系统的输出端,所述波前校正器对称设置在所述放大系统的放大腔腔镜处,且分别作为腔镜一和腔镜二,所述波前传感器通过取样光路与所述放大系统的光路相连,所述标定光源位于所述放大系统与取样光路之间,本发明专利技术采取双波前校正器耦合控制的方法,实现同时校正双向传输放大系统两束输出激光脉冲的波前畸变,具有校正精度高、成本低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高功率固体激光装置
,具体地说涉及一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器及校正方法
技术介绍
由于具备全面解决人类能源问题的潜力,可控核聚变技术自上世纪起便受到世界各国的广泛关注,而高功率固体激光装置正是惯性约束核聚变领域中最成熟、最理想的驱动技术。目前,正在运行或在建的高功率固体激光装置均采用“方形光束、单脉冲、腔内放大器+助推放大器、多程放大”的技术路线。由于光束在放大器内各光学元件中多次往返,期间所积累的波前畸变会对传输、倍频及能量远场集中度带来不可忽视的影响,所以,现行高功率固体激光装置中都会对波前畸变加以校正。为了进一步提升放大器的提取效率、降低系统造价,近年来人们提出了一种“双脉冲双向传输放大”的技术路线。该放大模式使用空间上对称的两束激光脉冲沿放大系统的两个方向同时进行传输放大,令两脉冲的腔内放大器和助推放大器互补,从而实现对整个放大系统储能的高效提取。然而,两束激光脉冲在对称传输放大的过程中,经过腔镜时的顺序和次数均不相同,单台变形镜面形对两束激光脉冲波前相位分布的影响也不同。当采用一台变形镜进行校正时,两束输出激光脉冲的波前质量必然会出现差异;当使用两台以上变形镜进行校正时,不同变形镜之间的相互影响必然会影响最终的波前校正结果。目前,传统多程放大构型中的波前校正系统通常仅使用一台变形镜,即使同时使用两套以上这种系统进行波前校正,多台独立受控的变形镜之间的面形耦合问题也无法解决。因此,常见的波前校正系统无法适用于高功率固体激光装置双脉冲双向传输型放大系统。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足,为了解决上述问题,现提出一种采取双波前校正器耦合控制的方法,实现同时校正双向传输放大系统两束输出激光脉冲的波前畸变,且校正精度高、成本低的双脉冲双向传输型放大系统波前校正器及校正方法。为实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,包括相连接的波前校正器、波前传感器和控制器,还包括取样光路和标定光源,所述波前传感器、取样光路均对称设置在所述放大系统的输出端,所述波前校正器对称设置在所述放大系统的放大腔腔镜处,且分别作为腔镜一和腔镜二,所述波前传感器通过取样光路与所述放大系统的光路相连,所述标定光源位于所述放大系统与取样光路之间。进一步,所述取样光路依次包括取样劈板、缩束透镜组和中性衰减片,且所述取样劈板、缩束透镜组和中性衰减片设置为同光轴结构,所述取样劈板的入射面与所述放大系统的光轴夹角为α,且80°<α<90°。进一步,所述缩束透镜组依次包括透镜一和透镜二,所述透镜二的通光口径与波前传感器的有效口径匹配,所述中性衰减片的衰减倍数为1000倍以上,且取样光束经过中性衰减片后,其光强不超过1μJ,所述中性衰减片位于透镜二、波前传感器之间。进一步,采用高功率固体激光装置的放大系统诊断包替代取样光路和波前传感器。进一步,所述标定光源包括透镜三和标定激光器,所述标定激光器发射的标定激光脉冲与所述双脉冲的波长匹配,所述标定激光器的输出端位于透镜三的焦点处,所述透镜三与取样劈板同光轴设置。进一步,采用高功率固体激光装置的放大系统末级空间滤波器的输出端透镜替代透镜三,且所述标定激光器的输出端位于所述末级空间滤波器的小孔处。进一步,所述波前校正器设置为变形镜,所述变形镜、透镜一、透镜三均与所述双脉冲的传输光路匹配,所述标定激光器设置光纤激光器。另,本专利技术还提供一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器的校正方法,包括如下步骤:(1)在所述放大系统的输出端一,将标定激光器的输出端置于透镜三的焦点处,对输出端一处取样光路引入的波前误差进行标定,作为计算波前斜率的参考坐标;(2)在所述放大系统的输出端二处,重复步骤(1)操作;(3)撤去所述标定激光器,运行双脉冲双向传输放大系统,在保持波前校正器均不加电的情况下,利用波前传感器分别测量输出端一、输出端二输出激光脉冲的波前斜率,并分别标记为K1、K2;(4)在作为腔镜二的波前校正器不加电的情况下,对作为腔镜一的波前校正器的各个驱动单元逐一施加控制电压V1,利用波前传感器分别测量输出端一、二处输出激光脉冲的波前斜率,得出作为腔镜一的波前校正器对两束激光脉冲的响应函数矩阵D11、D21;(5)在作为腔镜一的波前校正器不加电的情况下,对作为腔镜二的波前校正器的各个驱动单元逐一施加控制电压V2,得出作为腔镜二的波前校正器对两束激光脉冲的响应函数矩阵D12、D22;(6)假设经两个波前校正器校正后,输出端一、二处输出激光脉冲的波前畸变均为零,则K1+D11×V1′+D12×V2′=0,K2+D21×V1′+D22×V2′=0,得到矩阵方程:K1K2+D11D12D21D22×V1′V2′=0,]]>利用最小二乘法求解,得出V1′和V2′,其中,V1′、V2′是实际需要施加在两个波前校正器上的校正电压;(7)将步骤(6)得到的V1′、V2′,分别同时施加到两个波前校正器上,利用波前传感器分别测量输出端一、二处输出激光脉冲的波前斜率K1′、K2′,分别比较K1′和K1、K2′和K2,确认波前校正结果是否有效。进一步,所述控制电压V1、V2在变形镜驱动器的额定电压范围内取值。进一步,所述确认波前校正结果是否有效的方法为:所述高功率固体激光装置对波前斜率的限定标准为K,若K1′<K且K2′<K,说明波前校正结果有效;否则,说明波前校正结果无效,重复进行步骤(4)-(7)操作,直至K1′<K且K2′<K为止。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术采取双波前校正器耦合控制的方法,在测量计算出两束激光脉冲的波前斜率、两个波前校正器对两束激光脉冲的响应函数的条件下,能够快速地推导出两个波前校正器的校正电压,实现同时校正双向传输放大系统两束输出激光脉冲的波前畸变。2、本专利技术中波前传感器、取样光路和透镜三均可被高功率固体激光装置中已有的光学元件替代,能够避免在放大系统光路中添加额外光学元件,降低对激光装置的不利影响,同时有效降低成本。3、本专利技术中所述标定激光器发射的标定激光脉冲与所述双脉冲的波长匹配,且标定激光脉冲具有较高的光束质量,同时,各元件之间、各元件与传输光路相互匹配,有助于提高校正精度。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图;图2(a)是本专利技术实施例三中,未校正本文档来自技高网
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一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器及校正方法

【技术保护点】
一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,包括相连接的波前校正器、波前传感器和控制器,其特征在于:还包括取样光路和标定光源,所述波前传感器、取样光路均对称设置在所述放大系统的输出端,所述波前校正器对称设置在所述放大系统的放大腔腔镜处,且分别作为腔镜一和腔镜二,所述波前传感器通过取样光路与所述放大系统的光路相连,所述标定光源位于所述放大系统与取样光路之间。

【技术特征摘要】
1.一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,包括相连接的波前校正器、
波前传感器和控制器,其特征在于:还包括取样光路和标定光源,所述波前传
感器、取样光路均对称设置在所述放大系统的输出端,所述波前校正器对称设
置在所述放大系统的放大腔腔镜处,且分别作为腔镜一和腔镜二,所述波前传
感器通过取样光路与所述放大系统的光路相连,所述标定光源位于所述放大系
统与取样光路之间。
2.根据权利要求1所述的一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,其
特征在于:所述取样光路依次包括取样劈板、缩束透镜组和中性衰减片,且所
述取样劈板、缩束透镜组和中性衰减片设置为同光轴结构,所述取样劈板的入
射面与所述放大系统的光轴夹角为α,且80°<α<90°。
3.根据权利要求2所述的一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,其
特征在于:所述缩束透镜组依次包括透镜一和透镜二,所述透镜二的通光口径
与波前传感器的有效口径匹配,所述中性衰减片的衰减倍数为1000倍以上,且取
样光束经过中性衰减片后,其光强不超过1μJ,所述中性衰减片位于透镜二、波
前传感器之间。
4.根据权利要求3所述的一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,其
特征在于:采用高功率固体激光装置的放大系统诊断包替代取样光路和波前传
感器。
5.根据权利要求4所述的一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,其

\t特征在于:所述标定光源包括透镜三和标定激光器,所述标定激光器发射的标
定激光脉冲与所述双脉冲的波长匹配,所述标定激光器的输出端位于透镜三的
焦点处,所述透镜三与取样劈板同光轴设置。
6.根据权利要求5所述的一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,其
特征在于:采用高功率固体激光装置的放大系统末级空间滤波器的输出端透镜
替代透镜三,且所述标定激光器的输出端位于所述末级空间滤波器的小孔处。
7.根据权利要求6所述的一种双脉冲双向传输型放大系统波前校正器,其
特征在于:所述波前校正器设置为变形镜,所述变形镜、透镜一、透镜三均与
所述双脉冲的传输光路匹配,所述标定激光器设置光纤激光器。
8.一种采用权利要求1-7任意一项所述的双脉冲双向传输型放大系统波前
校正器的校正方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在所述放大系...

【专利技术属性】
技术研发人员:魏昊波代万俊王德恩薛峤张晓璐张鑫杨英袁强赵军普
申请(专利权)人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心
类型:发明
国别省市:四川;51

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