一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置，包括模拟主激光器、模拟信标激光器、第一光束变倍系统、光束耦合传输系统、自适应光学系统、第二光束变倍系统、第三光束变倍系统、模拟吸收池系统、主激光/信标光分光元件、主激光探测光学窄带滤光元件、主激光探测光学衰减元件、聚焦透镜、主激光远场探测相机。该装置能够实现低功率红外波段模拟主激光准直/聚焦传输状态下的等效大气传输热晕效应可控产生及其自适应光学补偿的实验室模拟，且具有系统规模紧凑、可重复工作稳定性高、加工工艺成熟、相比于高功率激光光源的实现方式成本相对较低等优点。

A simulation device of laser transmission thermal blooming effect and adaptive optical compensation

【技术实现步骤摘要】
一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置
本专利技术涉及一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置，可用于产生实时可控的等效激光大气传输热晕效应，以定量评估热晕效应对激光大气传输及其自适应光学补偿效果的影响。
技术介绍
热晕效应是高能激光大气传输中最为严重的非线性效应之一，其形成机理是：大气中某些气体成分吸收传输激光能量、并通过热驰豫加热传输激光路径上的大气时，由于大气密度变化进而形成热透镜；在大气横向风的影响下，热透镜导致传输激光产生的光束弯曲、强度分布畸变、光束尺度扩展、能量集中度退化等效应，从而限制了高能激光通过大气传输后的有效平均功率密度，对高能激光的实际工程应用产生不利影响。自适应光学(AdaptiveOptics，AO)的概念最早起源于解决天文望远镜观测所遇到的大气湍流扰动问题，它是通过对受大气湍流扰动影响的动态光学波前畸变进行实时测量、并利用能动型光学波前校正器对其进行快速补偿，从而使实际光学系统具备自动适应外界环境变化、始终保持理想性能的光学新技术。理论与实验均表明，自适应光学是能够应对热晕效应进行相位补偿、提高传输光束质量的有效技术途径。然而，由于热晕效应与传输激光的强度分布密切相关，改善后的传输激光与大气吸收介质之间存在进一步地相互作用。因此，利用自适应光学技术应对大气热晕非线性效应的相位补偿与应对传统大气湍流线性效应的相位补偿是有所不同的，为了定量评估热晕效应对激光大气传输及其自适应光学补偿效果的影响、明确激光大气传输热晕效应的自适应光学校正机理、优化激光大气传输热晕效应的自适应光学校正技术，有必要开展激光大气传输热晕效应及其自适应光学补偿的室内模拟与实验研究。然而，考虑文献报道传能应用对主激光波长的选择性，采用高功率红外激光光源实现热晕效应及其自适应光学补偿的室内模拟无疑大大增加了实验室系统的成本。目前，现有技术尚未有关低功率红外波段模拟主激光条件下等效大气传输热晕效应及其自适应光学补偿的实验室模拟装置的技术与报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置。首先，充分考虑现有技术传能应用对主激光波长的选择性、以及控制实验室内等效热晕效应可实现的规模与成本，该装置能够实现低功率红外波段模拟主激光条件下的等效大气传输热晕效应可控产生及其自适应光学补偿的实验室模拟，以定量评估热晕效应对激光大气传输及其自适应光学补偿效果的影响。并且，该装置具有系统规模紧凑、可重复工作稳定性高、加工工艺成熟、相比于高功率激光光源的实现方式成本相对较低等优点。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置，包括模拟主激光器、模拟信标激光器、第一光束变倍系统、光束耦合传输系统、自适应光学系统、第二光束变倍系统、第三光束变倍系统、模拟吸收池系统、主激光/信标光分光元件、主激光探测光学窄带滤光元件、主激光探测光学衰减元件、聚焦透镜、主激光远场探测相机。其中，所述模拟主激光器发射的主激光波长为红外波段，可以选择1.0μm等多波段，发射功率可调节、最大发射功率满足数十瓦；所述模拟信标激光器发射的信标光波长为可见波段，可以选择0.532μm、0.589μm或0.633μm等波段；所述自适应光学系统由波前探测器、倾斜镜、变形镜、波前处理机、高压放大器组成；所述倾斜镜、所述变形镜的各驱动器闭环电压由所述波前处理机根据所述波前探测器的实时探测结果进行倾斜解耦与复原运算后控制所述高压放大器分别提供；所述波前探测器可以采用基于哈特曼-夏克波前传感技术的光学结构、也可采用基于其他波前传感技术的光学结构；所述光束耦合传输系统由第一耦合反射镜、第二耦合反射镜、第三耦合反射镜、第四耦合反射镜、第五耦合反射镜、第六耦合反射镜、信标分光镜组成，所述第一耦合反射镜、第二耦合反射镜、第三耦合反射镜、第四耦合反射镜、第五耦合反射镜、第六耦合反射镜的前表面光学特性均为主激光波长高反与信标光波长高反，所述信标分光镜的前表面光学特性为主激光波长高反与信标光波长高透、后表面光学特性为主激光波长高透与信标光波长高透；所述第一光束变倍系统为集成式倍率K1可变的扩束系统，以满足所述模拟主激光器发射主激光口径ΦLaser-Output与经所述自适应光学系统传输主激光口径ΦLaser-Relay之间的匹配关系(即K1＝ΦLaser-Relay/ΦLaser-Output，通常0.6×ΦAO≤ΦLaser-Relay≤ΦAO，ΦAO为所述自适应光学系统波前探测口径；所述第二光束变倍系统为集成式倍率K2不变的缩束系统，以满足所述自适应光学系统波前探测口径ΦAO与所述模拟吸收池系统入口处输入主激光最大口径ΦLaser-BC(max)与之间的匹配关系(即K2＝ΦLaser-BC(Max)/ΦAO)，ΦLaser-BC(max)由一定系统参数下待模拟的热畸变参数ND最小值ND(Min)决定(见公式(1)，通常ND(Min)≈10～20)；所述模拟吸收池系统由液体吸收池、电动平移台、平移台控制器组成；所述液体吸收池的长度为L(平行于主激光传输方向)、宽度为W(垂直于主激光传输方向)；所述电动平移台安装于所述液体吸收池的底部，其沿垂直于主激光传输方向驱动所述液体吸收池的运动速度V受所述平移台控制器控制，用以模拟主激光传输路径上的等效大气横向风速；在所述液体吸收池的后表面，所述主激光/信标光分光元件以与主激光传输光轴成45度方向放置于主激光传输光路的中心位置；沿主激光的传输正方向，所述主激光探测光学衰减元件、所述主激光探测光学窄带滤光元件、所述聚焦透镜垂直于所述主激光远场探测相机的接收光轴光路中心依次放置；所述第三光束变倍系统为分离式倍率K3不变的透射系统(包含焦距为f31的前组物镜、焦距为f32的后组物镜)，在保证所述前组物镜焦距f31大于所述液体吸收池长度L条件下(通常1.3×L≤f31≤1.5×L)，选取所述后组物镜焦距f32以满足所述自适应光学系统波前探测口径ΦAO与所述模拟信标激光器发射信标光口径ΦBeacon-Output之间的匹配关系(即K3＝f32/f31＝ΦBeacon-Output/(K2·ΦAO))；垂直于信标光传输光轴，所述第三变倍系统放置于所述主激光/信标光分光元件与所述模拟信标激光器之间的信标光传输光路的中心位置；所述主激光/信标光分光元件的前表面光学特性为主激光波长高反与信标光波长高透、后表面光学特性为主激光波长与信标光波长均高透；在所述液体吸收池受所述电动平移台驱动、并一定速度V沿垂直主激光传输方向运动时，所述主激光远场探测相机用于实现热晕效应自适应光学开环/闭环条件下对主激光远场图像的实时采集与事后分析。本专利技术所采用的技术方案中，对于红外波段模拟主激光条件下的等效大气传输热晕效应可控产生，可根据实际情况通过调节所述模拟主激光器的发射主激光功率，或者通过调节沿垂直于主激光传输方向由所述电动平移台驱动所述液体吸收池的运动速度V来实现。有益效果：本专利技术相比于现有技术具有如下优点：本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置，其特征在于：包括模拟主激光器(1)、模拟信标激光器(2)、第一光束变倍系统(3)、光束耦合传输系统、自适应光学系统、第二光束变倍系统(6)、第三光束变倍系统、模拟吸收池系统、主激光/信标光分光元件(9)、主激光探测光学窄带滤光元件(10)、主激光探测光学衰减元件(11)、聚焦透镜(12)、主激光远场探测相机(13)；/n其中，所述模拟主激光器(1)发射的主激光波长为红外波段；所述模拟信标激光器(2)发射的信标光波长为可见波段；/n所述自适应光学系统包括波前探测器(51)、倾斜镜(52)、变形镜(53)、波前处理机(54)、高压放大器(55)，所述倾斜镜(52)、所述变形镜(53)的各驱动器闭环电压由所述波前处理机(54)根据所述波前探测器(51)的实时探测结果进行倾斜解耦与复原运算后控制所述高压放大器(55)分别提供，所述波前探测器(51)采用基于哈特曼-夏克波前传感技术的光学结构；/n所述光束耦合传输系统包括第一耦合反射镜(41)、第二耦合反射镜(42)、第三耦合反射镜(43)、第四耦合反射镜(44)、第五耦合反射镜(45)、第六耦合反射镜(46)、信标分光镜(47)；/n所述模拟吸收池系统包括液体吸收池(81)、电动平移台(82)、平移台控制器(83)；所述液体吸收池(81)在沿平行于主激光传输方向的长度为L，在沿垂直于主激光传输方向的宽度为W；所述电动平移台(82)安装于所述液体吸收池(81)的底部，其沿垂直于主激光传输方向驱动所述液体吸收池(81)的运动速度V受所述平移台控制器(83)控制，用以模拟主激光传输路径上的等效大气横向风速；在所述液体吸收池(81)的后表面，所述主激光/信标光分光元件(9)以与主激光传输光轴成45度方向放置于主激光传输光路的中心位置；沿主激光的传输正方向，所述主激光探测光学衰减元件(10)、所述主激光探测光学窄带滤光元件(11)、所述聚焦透镜(12)垂直于所述主激光远场探测相机(13)的接收光轴光路中心依次放置；所述主激光远场探测相机(13)用于实现热晕效应自适应光学开环/闭环条件下对主激光远场图像的实时采集与事后分析。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置，其特征在于：包括模拟主激光器(1)、模拟信标激光器(2)、第一光束变倍系统(3)、光束耦合传输系统、自适应光学系统、第二光束变倍系统(6)、第三光束变倍系统、模拟吸收池系统、主激光/信标光分光元件(9)、主激光探测光学窄带滤光元件(10)、主激光探测光学衰减元件(11)、聚焦透镜(12)、主激光远场探测相机(13)；
其中，所述模拟主激光器(1)发射的主激光波长为红外波段；所述模拟信标激光器(2)发射的信标光波长为可见波段；
所述自适应光学系统包括波前探测器(51)、倾斜镜(52)、变形镜(53)、波前处理机(54)、高压放大器(55)，所述倾斜镜(52)、所述变形镜(53)的各驱动器闭环电压由所述波前处理机(54)根据所述波前探测器(51)的实时探测结果进行倾斜解耦与复原运算后控制所述高压放大器(55)分别提供，所述波前探测器(51)采用基于哈特曼-夏克波前传感技术的光学结构；
所述光束耦合传输系统包括第一耦合反射镜(41)、第二耦合反射镜(42)、第三耦合反射镜(43)、第四耦合反射镜(44)、第五耦合反射镜(45)、第六耦合反射镜(46)、信标分光镜(47)；
所述模拟吸收池系统包括液体吸收池(81)、电动平移台(82)、平移台控制器(83)；所述液体吸收池(81)在沿平行于主激光传输方向的长度为L，在沿垂直于主激光传输方向的宽度为W；所述电动平移台(82)安装于所述液体吸收池(81)的底部，其沿垂直于主激光传输方向驱动所述液体吸收池(81)的运动速度V受所述平移台控制器(83)控制，用以模拟主激光传输路径上的等效大气横向风速；在所述液体吸收池(81)的后表面，所述主激光/信标光分光元件(9)以与主激光传输光轴成45度方向放置于主激光传输光路的中心位置；沿主激光的传输正方向，所述主激光探测光学衰减元件(10)、所述主激光探测光学窄带滤光元件(11)、所述聚焦透镜(12)垂直于所述主激光远场探测相机(13)的接收光轴光路中心依次放置；所述主激光远场探测相机(13)用于实现热晕效应自适应光学开环/闭环条件下对主激光远场图像的实时采集与事后分析。


2.根据权利要求1所述激光传输热晕效应及其自适应光学补偿的模拟装置，其特征在于：
所述第一光束变倍系统(3)为集成式倍率K1可变的扩束系统，以满足所述模拟主激光器发射主激光口径ΦLaser-Output与所述经自适应光学系统传输主激光口径ΦLaser-Relay之间的匹配关系，即K1＝ΦLaser-Relay/ΦLaser-Output，且0.6×ΦAO≤ΦLaser-Relay≤ΦAO，其中ΦAO为所述自适应光学系统波前探测口径；
所述第二光束变倍系统(6)为集成式倍率K2不变的缩束系统，以满足所述自适应光学系统波前探测口径ΦAO与所述模拟吸收池系统入口处输入主激光最大口径ΦLaser-BC(max)与之间的匹配关系，即K2＝ΦLaser-BC(Max)/ΦAO，ΦLaser-BC(max)由系统设定参数下待模拟的热畸变参数ND最小值ND(Min)决定；
所述第三光束变倍系统为分离式倍率K3不变的透射系统，包括焦距为f31的前组物镜(71)与焦距为f...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗曦，李新阳，黄林海，吴书云，
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