一种基于波前校正器的激光束三维整形系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波前校正器的激光束三维整形系统，包括激光器系统、光束匹配系统、波前探测与校正系统、应用系统、监控系统与计算机控制系统；利用波前探测器探测系统像差，利用远场相机沿光轴的位置及采集的远场光斑形态分布图像，通过控制计算机计算波前校正器驱动器电压，在远场相机处实现激光束三维整形；利用应用系统与监控系统的共轭关系，在远场相机处实现激光束三维整形时，在应用系统中也同步实现激光束三维整形；在波前校正器行程及校正精度范围内，该装置可实现沿光轴任意位置的激光束整形。本发明专利技术不仅能应用于对激光束形状与能量分布有要求的场合，也能应用于对激光束沿光轴方向有特定要求的场合，扩大激光束整形技术的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光束整形领域的激光束整形装置，具体涉及一种基于波前校正器的激光束三维整形系统。
技术介绍
激光器由于在方向性、亮度、单色性及相干性等方面具有良好的特性，被广泛应用于工业、军事、通信、医学和科学研宄等诸多领域。通常情况下，激光束在空间强度上呈高斯分布。随着激光技术应用领域扩大，高斯光束已不能满足实际应用中的一些特定需求。例如激光加工、激光全息照相、激光存储与记录、医疗领域等，这些应用场合要求激光器输出光束形态与能量呈特定的分布。以波前校正器为近场位相控制元件的激光束整形系统，具有控制灵活、整形面形多样化、适应性好、破坏阈值高等优点。Koshichi Nemoto等于1996年采用stat1naryphase method与光学几何坐标变换方法，利用9单元变形镜成功的将高斯光束转换为方形光束(‘‘Koshichi Nemoto, Takashi Fuji, Naohiko Goto, Takuya Nayuki and Yosh1-kazuKana1.‘Transformat1n of a laser beam intensity profile by a deformablemirror.’OPTICS LETTERS, 1996, 21(3): 168 ?170”)，并于 1997年采用遗传算法控制 9 单元变形镜实现方形激光束整形(“Koshichi Nemoto, Takuya Nayuki，Takashi Fujii, NaohikoGoto and Yosh1-kazu Kana1.‘Optimum control of the laser beam intensityprofile with a deformable mirror.’ APPLIED OPTICS, 1997，36 (30): 7689 ?7695”)；R.El-Agmy等于2005年采用模拟退火算法控制37单元变形镜实现不同束腰半径的高斯与超高斯激光束整形(“R.El-Agmy, H.Bulte, A.H.Greenaway and D.T.Reid.‘Adaptivebeam profile control using a simulated annealing algorithm.’ OPTICSEXPRESS, 2005，13(16):6085?6091”);杨平等于2007年采用全局遗传控制算法控制19单元压电变形镜实现高斯与超高斯激光束整形(“Ping Yang, Yuan Liu, Wei Yang, MinwuAo,Shijie Hu, Bing Xu and Wenhan Jiang.1An adaptive laser beam shaping techniquebased on a genetic algorithm.’ CHINESE OPTICS LETTERS, 2007, 5 (9):497 ?500”)。以上基于波前校正器的激光束整形方法，都只解决了远场焦面位置的激光束整形问题，没有考虑远场沿光轴其它位置的激光束整形。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为:针对现有的基于波前校正器的激光束整形系统只考虑远场焦面位置而没有考虑沿光轴其它位置的激光束整形的问题，本专利技术提供了一种利用波前校正器与固定在移动导轨上的远场相机实现激光束三维整形的装置。该装置利用控制计算机控制移动导轨，改变远场相机靶面沿光轴的位置，利用波前校正器为激光束整形系统核心元件，实现远场沿光轴任意位置的激光束整形，并通过共轭关系，在应用系统中同步实现激光束三维整形。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为:一种基于波前校正器的激光束三维整形系统，该系统包括激光器系统、光束匹配系统、波前探测与校正系统、应用系统、监控系统和计算机控制系统，其中:所述的激光器系统，由激光器与准直镜组成，对激光器输出光束准直；所述的光束匹配系统，由光束匹配系统的第一透镜与光束匹配系统的第二透镜组成，使波前校正器输出激光束与波前探测器输入激光束孔径匹配；所述的波前探测与校正系统，由波前校正器、分光镜与波前探测器组成，实现波前像差探测与激光束近场位相控制；所述的应用系统，由分光镜、聚焦透镜与工作台组成，聚焦透镜输出整形后的激光束，并作用于工作台上的工作对象；所述的监控系统，由聚焦透镜与远场相机组成，远场相机监控聚焦透镜输出激光束远场光斑分布；所述的计算机控制系统，由移动导轨、高压放大器与控制计算机组成，控制计算机通过移动导轨控制远场相机位置，通过波前探测器探测系统像差，通过高压放大器控制波前校正器驱动器电压，通过工作台调整工作对象位置。其中，激光器发出的光束经准直镜准直，进入波前校正器，输出激光束经分光镜，反射光进入应用系统，经聚焦透镜辐照工作台上的应用对象；分光镜透射光经由透镜与透镜组成的光束匹配系统，激光束口径匹配后输入分光镜，透射光输入波前探测器测量系统像差，反射光经聚焦透镜进入远场相机，采集远场光斑分布图像。其中，波前探测器探测系统像差；控制计算机控制移动导轨，确定远场相机沿光轴的位置；结合系统像差，远场相机沿光轴的位置及远场相机采集的远场光斑分布图像，控制计算机通过高压放大器控制波前校正器驱动器电压，实现激光束整形。其中，控制计算机控制移动导轨，改变远场相机沿光轴的位置，采集沿光轴的任意位置远场光斑分布图像，从而在远场相机处实现激光束三维整形。其中，聚焦透镜与聚焦透镜的焦面处于共轭位置，在远场相机处实现激光束三维整形时，在工作台处也同步实现激光束三维整形。其中，波前校正器可以是薄膜变形镜、双压电片变形镜、分立表面压电驱动变形镜、连续表面垂直分立致动多道变形镜、微电子机械系统分立表面变形镜、液晶空间光调制器、声光空间光调制器。其中，远场相机固定在移动导轨上，控制计算机通过控制移动导轨沿光轴移动，从而使得远场相机靶面位置也沿光轴移动。其中，波前校正器，波前探测器，远场相机，移动导轨，工作台都由控制计算机控制。本专利技术与现有技术相比具有的优点:(I)、本专利技术提出一种基于波前校正器的激光束三维整形系统，实现远场沿光轴任意位置的激光束整形。通过控制计算机控制移动导轨，改变远场相机靶面沿光轴位置，采集沿光轴任意位置的远场光斑分布图像，从而于远场相机处实现激光束三维整形；(2)、本专利技术提出的一种基于波前校正器的激光束三维整形系统，通过使应用系统聚焦透镜与监控系统聚焦透镜焦面处于共轭位置，在监控系统远场相机处实现激光束三维整形时，与工作台处同步实现激光束三维整形；(3)、本专利技术提出的一种基于波前校正器的激光束三维整形方法，使得激光束整形技术可应用于对光束形态沿光轴位置有特定要求的领域，例如激光打孔、同位素浓缩等。【附图说明】图1为本专利技术系统构成示意图，其中，I为激光器，2为准直透镜，3为波前校正器，4与9为分光镜，5与11为聚焦透镜，6为工作台，7与8分别为光束匹配系统的第一、第二透镜，10为波前探测器，12为远场相机，13为移动导轨，14为高压放大器，15为控制计算机。...

【技术保护点】
一种基于波前校正器的激光束三维整形系统，其特征在于：包括激光器系统、光束匹配系统、波前探测与校正系统、应用系统、监控系统和计算机控制系统，其中：所述的激光器系统，由激光器(1)与准直镜(2)组成，对激光器(1)输出光束准直；所述的光束匹配系统，由光束匹配系统的第一透镜(7)与光束匹配系统的第二透镜(8)组成，使波前校正器(3)输出激光束与波前探测器(10)输入激光束孔径匹配；所述的波前探测与校正系统，由波前校正器(3)、分光镜(9)与波前探测器(10)组成，实现波前像差探测与激光束近场相位控制；所述的应用系统，由分光镜(4)、聚焦透镜(5)与工作台(6)组成，聚焦透镜(5)输出整形后的激光束，并作用于工作台(6)上的应用对象；所述的监控系统，由聚焦透镜(11)与远场相机(12)组成，远场相机(12)监控聚焦透镜(11)输出激光束远场光斑分布；所述的计算机控制系统，由移动导轨(13)、高压放大器(14)与控制计算机(15)组成，控制计算机(15)通过移动导轨(13)控制远场相机(12)沿光轴的位置，通过波前探测器(10)探测系统像差，通过高压放大器(14)控制波前校正器(3)驱动器电压，通过工作台(6)调整工作对象位置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨东，何杰铃，魏凌，杨金生，李喜琪，何益，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51