误差解调相干组束激光系统技术方案

一种误差解调相干组束激光系统，该系统包括激光束阵列、小口径反射镜阵列、聚焦单元、组束远场探测单元和子光束远场定位单元，所述的激光束阵列包括多个子光束，所述的小口径反射镜阵列包括多个小口径反射镜，所述的聚焦单元包括反射镜和聚焦镜，所述的组束远场探测单元包括分束镜、旋转选光板、聚焦镜和CCD相机，所述的子光束远场定位单元包括反射镜、阵列透镜、聚焦镜和CCD相机。本发明专利技术可同时实现相干组束激光系统中每个子光束两维角度误差的精密探测和子光束间前后抖动的精密探测，解决了相干组束激光系统中由于子光束多及误差多而难以探测及控制的难题。

【技术实现步骤摘要】
误差解调相干组束激光系统
本专利技术涉及激光领域，特别是一种相干组束激光系统，其主要适用于高能量高功率激光系统及超短超强激光系统。
技术介绍
高能量高功率及超短超强激光是当前国际激光技术研究的一大趋势。激光技术的发展同时又极大地促进了基础物理研究，为人类探索物质本原、宇宙未知和能源问题等提供了前所未有的平台。经过多年发展国际上已达成共识：激光强度每增加一步，物理研究深度便增进一层。借力于啁啾脉冲放大技术30年的发展，上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室已获得国际最高单束2PW(1PW＝1015W)激光功率，但距离物理远景规划的200PW乃至EW(1000PW)目标尚存在极大差距。受制于光学元件的制备能力，短期来看单束激光输出很难再有大的突破。因此相干组束就成为大幅提升激光系统输出能力的简单有效手段。然而将多束(几束、几十束、百千万束)高能量高功率激光进行相干组束并达到近单束效果面临巨大挑战：首先，组束误差多，子光束多且每个子光束又具有三维组束误差；其次，精度要求高，角度误差为微弧度量级，位移抖动为纳米量级；最后，多子光束的三维组束误差难以获得一一探测，因而难以实现一一控制。目前，已发展的方法是通过观测相干组束激光的远场焦斑来实现对组束误差的探测，进而完成控制。如图3所示的相干组束激光系统中，第一子光束(1’)没有组束误差，第二子光束(2’)出现组束误差：方位角(θx)、俯仰角(θy)和前后抖动(δz)。根据在先技术，若不存在组束误差则远场焦斑如图4(a)所示，第二子光束(2’)的三种组束误差会诱发远场焦斑的三种分布状态，且满足对应关系如下：方位角诱发焦斑横向分离如图4(b)所示；俯仰角诱发焦斑纵向分离如图4(c)所示；前后抖动诱发焦斑干涉分裂如图4(d)所示。根据以上对应关系，以及焦斑的分布状态，即可实现对相干组束激光系统中子光束三种组束误差的探测，进而完成去除。但该方法存在如下问题：首先，无法将组束误差明确到具体哪束子光束；其次，无法获得高精度角度误差探测，因为子光束远场焦斑的重叠使得微小角度扰动不会造成明显的分离现象；最后，无法应用到两束以上子光束的相干组束。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种误差解调相干组束激光系统。该系统可同时实现相干组束激光系统中每个子光束两维角度误差的精密探测和子光束间前后抖动的精密探测，解决了相干组束激光系统中由于子光束多和误差多而难以探测及控制的难题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种误差解调相干组束激光系统，该系统包括激光束阵列、小口径反射镜阵列、聚焦单元、其特征在于，还包括组束远场探测单元和子光束远场定位单元，所述的激光束阵列包括两个以上子光束和每个子光束相对应的小口径反射镜形成的小口径反射镜阵列，所述的聚焦单元包括第一反射镜和第一聚焦镜，所述的组束远场探测单元包括分束镜、旋转选光板、第二聚焦镜和第一CCD相机，所述的子光束远场定位单元包括第二反射镜、阵列透镜、第三聚焦镜和第二CCD相机，上述元部件的位置关系如下：在所述的小口径反射镜阵列的反射光方向是所述的第一反射镜，在所述的第一反射镜的反射光方向是所述的第一聚焦镜和靶场，在所述的第一反射镜的透射光方向依次是所述的分束镜和第二反射镜，在所述的分束镜的反射光方向依次是所述的旋转选光板、第二聚焦镜和第一CCD相机，在第二反射镜的反射光方向依次是所述的阵列透镜、第三聚焦镜和第二CCD相机。所述的第一反射镜的透射率<5％，所述的第二反射镜是全反射镜。所述的小口径反射镜阵列的小口径反射镜具有正交的两维角度调节机构和一维平移调节机构。所述的旋转选光板上有渐开线排列的圆形通光孔，在不同旋转角度位置时允许激光束阵列中第一子光束和不同子光束分别成对通过。本专利技术的技术效果如下：本专利技术误差解调相干组束激光系统，在子光束远场定位单元中，激光束阵列被阵列透镜和第三聚焦镜组成的组合透镜聚焦，形成与激光束阵列对应的远场焦斑阵列，实现了激光束阵列中各个子光束远场焦斑位置的空间分离。第二CCD相机记录远场焦斑阵列中每个焦斑的位置，则焦斑位置的两维变化反映每个子光束两维角度误差。因此，调节小口径反射镜阵列中子光束对应小口径反射镜的二维角度即可去除各个子光束的二维角度误差。在组束远场探测单元中，旋转选光板在不同旋转角度位置时允许激光束阵列中第一子光束和不同子光束分别成对通过，第一子光束和选通的子光束经第二聚焦镜聚焦，第一CCD相机记录组束远场焦斑，在上述激光束阵列中各个子光束角度误差去除后，则组束远场焦斑的干涉分裂反映两子光束间的前后抖动误差。因此，调节小口径反射镜阵列中选通子光束对应小口径反射镜的一维平移，即可去除该子光束相对第一子光束的前后抖动误差。转动旋转选光板重复上述选通步骤即可去除各个子光束相对第一子光束的前后抖动误差。基于上述技术方案，本专利技术的误差解调相干组束激光系统与现有技术相比具有如下技术特点：本专利技术可同时实现相干组束激光系统中每个子光束两维角度误差的精密探测和子光束间前后抖动的精密探测，解决了相干组束激光系统中由于子光束多及误差多而难以探测及控制的难题。附图说明图1是本专利技术误差解调相干组束激光系统实施例示意图。图2是本专利技术旋转选光板示意图。图3是激光束阵列中两子光束间组束误差示意图。图4是两子光束间组束误差诱发的组束远场焦斑示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例来对本专利技术作进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解本专利技术的结构组成情况和工作流程，但不能以此来限制本专利技术专利的保护范围。图1是本专利技术误差解调相干组束激光系统实施例示意图，由图可见，本专利技术误差解调相干组束激光系统包括激光束阵列、小口径反射镜阵列、聚焦单元，其特点在于，还包括组束远场探测单元和子光束远场定位单元，所述的激光束阵列包括第一子光束1、第二子光束2、第三子光束3、第四子光束4、第五子光束5和第六子光束6，所述的小口径反射镜阵列包括第一小口径反射镜7、第二小口径反射镜8、第三小口径反射镜9、第四小口径反射镜10、第五小口径反射镜11和第六小口径反射镜12，所述的聚焦单元包括第一反射镜13和第一聚焦镜14，所述的组束远场探测单元包括分束镜15、旋转选光板16、第二聚焦镜17和第一CCD相机18，所述的子光束远场定位单元包括第二反射镜19、阵列透镜20、第三聚焦镜21和第二CCD相机22；上述元部件的位置关系如下：所述的激光束阵列中第一子光束1、第二子光束2、第三子光束3、第四子光束4、第五子光束5和第六子光束6分别经小口径反射镜阵列中第一小口径反射镜7、第二小口径反射镜8、第三小口径反射镜9、第四小口径反射镜10、第五小口径反射镜11和第六小口径反射镜12反射进入聚焦单元，由聚焦单元的第一反射镜13分为第一反射光和少量第一透射光，所述的第一反射光被第一聚焦镜14聚焦并提供打靶；所述的第一透射光进入组束远场探测单元，由分束镜15再次分为第二反射光和第二透射光，所述的第二反射光经旋转选光板16选通，第二聚焦镜17聚焦，被第一CCD相机18探测；所述的第二透射光进入子光束远场定位单元，经第二反射镜19反射，经阵列透镜20和第三聚焦镜21组成的组合透镜聚焦，被第二CCD相机22探测。所述的小口径反射镜阵列的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种误差解调相干组束激光系统，该系统包括激光束阵列、小口径反射镜阵列、聚焦单元、其特征在于，还包括组束远场探测单元和子光束远场定位单元，所述的激光束阵列包括两个以上子光束和每个子光束相对应的小口径反射镜形成的小口径反射镜阵列，所述的聚焦单元包括第一反射镜(13)和第一聚焦镜(14)，所述的组束远场探测单元包括分束镜(15)、旋转选光板(16)、第二聚焦镜(17)和第一CCD相机(18)，所述的子光束远场定位单元包括第二反射镜(19)、阵列透镜(20)、第三聚焦镜(21)和第二CCD相机(22)，上述元部件的位置关系如下：在所述的小口径反射镜阵列的反射光方向是所述的第一反射镜(13)，在所述的第一反射镜(13)的反射光方向是所述的第一聚焦镜(14)和靶场，在所述的第一反射镜(13)的透射光方向依次是所述的分束镜(15)和第二反射镜(19)，在所述的分束镜(15)的反射光方向依次是所述的旋转选光板(16)、第二聚焦镜(17)和第一CCD相机(18)，在第二反射镜(19)的反射光方向依次是所述的阵列透镜(20)、第三聚焦镜(21)和第二CCD相机(22)。

【技术特征摘要】
1.一种误差解调相干组束激光系统，该系统包括激光束阵列、小口径反射镜阵列、聚焦单元、子光束远场定位单元，其特征在于，还包括组束远场探测单元，所述的激光束阵列包括两个以上子光束和每个子光束相对应的小口径反射镜形成的小口径反射镜阵列，所述的聚焦单元包括第一反射镜(13)和第一聚焦镜(14)，所述的组束远场探测单元包括分束镜(15)、旋转选光板(16)、第二聚焦镜(17)和第一CCD相机(18)，所述的子光束远场定位单元包括第二反射镜(19)、阵列透镜(20)、第三聚焦镜(21)和第二CCD相机(22)，上述元部件的位置关系如下：在所述的小口径反射镜阵列的反射光方向是所述的第一反射镜(13)，在所述的第一反射镜(13)的反射光方向是所述的第一聚焦镜(14)和靶场，在所述的第一反射镜(13)的透射光方向依次是所述的分束...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝阳，冷雨欣，李儒新，王乘，李帅，徐至展，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31