多波长复合光场在线测量装置和测量方法制造方法及图纸

一种多波长复合光场在线测量装置和测量方法，该装置包括三台阶随机相位板和CCD探测器并通过连接套筒固定在一起，所述的三台阶随机相位板面和CCD探测器靶面平行，所述的CCD探测器的输出端与计算机的输入端相连，所述的计算机具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。本发明专利技术通过记录一幅衍射光斑，就能快速实时地得到基频、倍频、三倍频三种不同波长光场的振幅和相位，为高功率激光驱动器的运行提供可靠的相应参数，解决目前无法同时测量复合光场的技术难题。特别适用于高功率激光驱动中脉冲光束的波前测量。本发明专利技术具有结构简单、体积小、对环境要求较低、收敛速度快和测量精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
多波长复合光场在线测量装置和测量方法
本专利技术涉及高功率激光驱动器，特别是一种多波长复合光场在线测量装置和测量方法。
技术介绍
高功率激光驱动装置系统中，光束质量的好坏直接决定着物理实验的成败，因此对光束质量进行监控测量十分必要。然而由于高功率激光器庞大复杂的系统及成千上万的光学元件，对光束的波前进行测量面临着许多难以操作的困难。相对其它装置，大型高功率激光驱动器的两个较为突出的特点为：一是测量空间有限，体积较大的测量仪器难以使用；二是被测光束为脉冲光束，一般方法难以测量。受限于上述两点，很多用于波前检测的仪器及方法在高功率激光驱动中使用受限，如常见的干涉仪、剪切干涉仪、哈特曼传感器等。相干衍射成像(CoherentDiffractiveImaging，简称为CDI)是利用衍射理论和卷积定理，在满足Nyquist抽样定理的条件下，记录一幅或多幅衍射面上的光强信息，然后通过计算机反复迭代来满足不同的限制条件，使计算的波函数逐次逼近真实的分布，最终得到满足精度要求的相位分布的方法。由于其具有结构简单、理论上精度能够达到衍射极限等特点，在X射线、电子束、荧光及可见激光成像等领域得到越来越多的关注和应用，而2010年基于相位调制法的相位恢复算法(CoherentModulationImaging，简称为CMI)被提出，该方法只需要一幅衍射光斑依然可以保证较快的收敛速度，结构简单，对环境稳定性要求较低，特别适用于高功率激光驱动器中脉冲光束的波前测量和诊断。将相干衍射成像理论应用于高功率激光驱动器中进行波前及元件面型的测量已经有相关的专利技术及实际应用，由于相干衍射成像理论需要满足待测光为相干光这一条件，因此之前的应用只是针对单一波长的光场，然而在高功率激光驱动器中最终进入靶室的光场是由基频光、倍频光和三倍频光构成的复合光场，我们需要对这三种光场同时进行测量。为此，我们提出多波长复合光场波前在线测量的装置及方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种多波长复合光场在线测量装置和测量方法，通过记录一幅衍射光斑，就能快速实时地得到基频、倍频、三倍频三种不同波长光场的振幅和相位，为高功率激光驱动器的运行提供可靠的相应参数，解决目前无法同时测量复合光场的技术难题。特别适用于高功率激光驱动中脉冲光束的波前测量。本专利技术具有结构简单、体积小、对环境要求较低、收敛速度快和测量精度高的特点。本专利技术的技术解决方案一种多波长复合光场在线测量装置，其特点在于该装置包括三台阶随机相位板和CCD探测器并通过连接套筒固定在一起，所述的三台阶随机相位板面和CCD探测器靶面平行，所述的三台阶随机相位板面和CCD探测器靶面之间的距离为L，所述的三台阶随机相位板的相位分布为Pm，所述的CCD探测器的输出端与计算机的输入端相连，所述的计算机具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。所述的三台阶随机相位板对不同的光场均有较强的散射能力及较高的透过率，通过在石英玻璃上面进行深度差异化刻蚀，对每一种波长的光相位延迟量有三个分量，并且随机分布,若对基频光的三种相位延迟量为[abc]，则相应对倍频、三倍频光的相位延迟量分别为[2a2b2c]、[3a3b3c]。利用上述在线测量装置对基频、倍频和三倍频多波长复合光场的测量方法，包括下列步骤：1)根据实际待测光波场的尺寸大小选择相应的缩束器使待记录光斑能被所述的CCD探测器完全接收；2)将所述的在线测量装置置于待测光路中并使所述的三台阶随机相位板面与光束垂直，入射光波为球面波且焦平面称为入射面，该入射面位于所述的三台阶随机相位板面之前，确定距离为T，若待测光波为脉冲光，应为所述的CCD探测器添加外部触发信号；3)待测复合光场经三台阶随机相位板散射后被CCD探测器探测一幅衍射光斑送所述的计算机存储，该计算机利用编写的软件进行下列迭代运算，包括以下步骤：①第一次迭代时，我们初始猜测焦平面处三束光的分布为φ1,m,②令n＝n+1，进行第n次迭代过程描述如下：根据衍射理论将焦平面S1处光场φn,m传播到相位板面得到三台阶随机相位板面上的入射光场分布为ψn,m；其中，下标m表示不同波长的光场：m＝1代表基频光，m＝2代表倍频光，m＝3代表三倍频光，下标n表示第n次迭代，例如φ3,1代表第3次迭代过程中基频光的光场复振幅分布；③相位板面后的出射光场为Wn,m＝ψn,m*Pm；④相位板后出射光场传播到CCD靶面得到衍射光斑为其中，表示光场Wn,m传输距离L的过程，表示傅里叶变换，计算第n次迭代的误差En：其中，I为记录的光斑强度，∑u表示对矩阵的行列求和；⑤利用记录的实际光斑I对计算得到的每种光的波前振幅进行修正并保持相位不变，即与单波长更新不同，这里我们在振幅更新时，根据每种光在迭代过程中的能量比例乘了相应的系数；⑥将⑤中更新后的波前逆传播到三台阶随机相位板面，我们用表示沿光的入射方向逆向传播距离L，消除相位板相位调制得到修正后的相位板前照明光ψ′n,m；⑦逆传播到焦平面根据焦平面上焦斑通常集中在中心区域的特点引入焦平面限制，得到修正后的焦平面三束光的波前分布：φn+1,m＝SR(n,m)φ′n,m+γ(1-SR(n,m))(φ′n,m-φn,m)并作为下一次迭代的初始值，其中SR(n,m)为一个直径随迭代次数逐渐变大的孔函数，达到最大值后不再增加，更新权重值γ在[0,1]之间；⑧返回步骤①，当衍射斑平面误差小于10-3，结束迭代过程。本专利技术的技术效果及优势本专利技术通过记录一幅衍射光斑，就能快速实时地得到基频、倍频、三倍频三种不同波长光场的振幅和相位，为高功率激光驱动器的运行提供可靠的相应参数，解决目前无法同时测量复合光场的技术难题。特别适用于高功率激光驱动中脉冲光束的波前测量。本专利技术具有结构简单、体积小、对环境要求较低、收敛速度快和测量精度高的特点。附图说明图1是本专利技术多波长复合光场在线测量装置示意图图2是多波长复合光场在线测量方法迭代平面示意图图中：1-三台阶随机相位板,2-CCD探测器,3-固定连接套筒,4-计算机，S1-入射面,S2-相位板面，S3-CCD探测器靶面图3是本专利技术利用衍射传输理论通过计算机迭代运算实现波前重建的流程图具体实施方式先请参阅图1、图2，由图可见，本专利技术多波长复合光场在线测量装置，包括三台阶随机相位板1和CCD探测器2并通过连接套筒3固定在一起，所述的三台阶随机相位板面S2和CCD探测器靶面S3平行，所述的三台阶随机相位板面S2和CCD探测器靶面S3之间的距离为L，所述的三台阶随机相位板1的相位分布为Pm，所述的CCD探测器2的输出端与计算机4的输入端相连，所述的计算机4具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。所述的三台阶随机相位板1对不同的光场均有较强的散射能力及较高的透过率，通过在石英玻璃上面进行深度差异化刻蚀，对每一种波长的光相位延迟量有三个分量，并且随机分布,若对基频光的三种相位延迟量为[abc]，则相应对倍频、三倍频光的相位延迟量分别为[2a2b2c]、[3a3b3c]。利用上述在线测量装置对基频、倍频和三倍频多波长复合光场的测量方法，包括下列步骤：1)根据实际待测光波场的尺寸大小选择相应的缩束器使待记录光斑能被所述的CCD探测器2完全接收；2)将所述的在线测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长复合光场在线测量装置，其特征在于该装置包括三台阶随机相位板(1)和CCD探测器(2)并通过连接套筒(3)固定在一起，所述的三台阶随机相位板面(S2)和CCD探测器靶面(S3)平行，所述的三台阶随机相位板面(S2)和CCD探测器靶面(S3)之间的距离为L，所述的三台阶随机相位板(1)的相位分布为Pm，所述的CCD探测器(2)的输出端与计算机(4)的输入端相连，所述的计算机(4)具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。

【技术特征摘要】
1.一种多波长复合光场在线测量装置，其特征在于该装置包括三台阶随机相位板(1)和CCD探测器(2)并通过连接套筒(3)固定在一起，所述的三台阶随机相位板面(S2)和CCD探测器靶面(S3)平行，所述的三台阶随机相位板面(S2)和CCD探测器靶面(S3)之间的距离为L，所述的三台阶随机相位板(1)的相位分布为Pm，所述的CCD探测器(2)的输出端与计算机(4)的输入端相连，所述的计算机(4)具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。2.根据权利要求1所述的在线测量的装置，其特征在于所述的三台阶随机相位板(1)对不同的光场均有较强的散射能力及较高的透过率，通过在石英玻璃上面进行深度差异化刻蚀，对每一种波长的光相位延迟量有三个分量，并且随机分布,若对基频光的三种相位延迟量为[abc]，则相应对倍频、三倍频光的相位延迟量分别为[2a2b2c]、[3a3b3c]。3.利用权利要求1所述的在线测量装置对基频、倍频和三倍频多波长复合光场的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：1)根据实际待测光波场的尺寸大小选择相应的缩束器使待记录光斑能被所述的CCD探测器(2)完全接收；2)将所述的在线测量装置置于待测光路中并使所述的三台阶随机相位板面(S2)与光束垂直，入射光波为球面波且焦平面称为入射面(S1)，该入射面(S1)位于所述的三台阶随机相位板面(S2)之前，确定距离为T，若待测光波为脉冲光，应为所述的CCD探测器(2)添加外部触发信号；3)待测复合光场经三台阶随机相位板散射后被CCD探测器(2)探测一幅衍射光斑送所述的计算机(4)存储，该计...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘诚，董学，潘兴臣，陶华，
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