高功率激光系统中的级联自准直装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高功率激光系统中的级联自准直装置，该装置按高功率激光系统中的光路校正级可分解为一级远近场光路校正级和两级远场光路校正级。基于“两点确立一条直线”和“光路可逆”原理，该装置在整体结构上秉承“单近场多远场”的监测模式，在逻辑判断上以高功率激光系统全光路中的所有校正级为统一整体，通过沿主光路光束传输的逆方向依次判定各光路校正级的校正需求，有针对性地执行校正，保证了高功率激光系统终端输出光束的指向稳定性和全光路的自动准直，解决了目前高功率激光系统光束抖动性较大和稳定性较差等问题，具有完全代替人工调节全光路指向、结构简单、灵活性高、可拓展性大、实用性强、稳定性高、校正效率和精度高等特点。率和精度高等特点。率和精度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
高功率激光系统中的级联自准直装置


[0001]本专利技术涉及光学控制装置和大型高功率脉冲激光系统领域，特别涉及一种高功率激光系统中的级联自准直装置，可通用于需要全光路自动准直且需要保证终端输出光束指向稳定性的各类具有较低重复频率、较大光束口径、较长且复杂光路的高功率激光系统。

技术介绍

[0002]随着激光技术和光学元器件生长技术的发展，大型高功率脉冲激光系统的光路长度和复杂程度、输出能量、光束口径等均逐渐增加，从而提升了对激光能量、脉冲宽度和光束空间指向稳定性等指标的控制需求。在许多诸如质子加速、激光尾波场电子加速等基于高功率激光系统聚焦打靶的强场激光物理实验中，激光光束空间指向稳定性所扮演的角色也越来越重要。然而，高功率激光系统所处环境的温度变化、实验平台震动、空气扰动以及高功率激光系统内部的机械应力结构形变、激光放大晶体的热致折射率变化等因素严重影响着激光系统输出光束的指向稳定性，这些因素对具有较长光路的大型高功率脉冲激光系统的影响尤其明显。因此，在大型高功率脉冲激光系统中，激光光束自动准直装置已成为必不可少的重要组成部分。为了确保高功率激光系统每次运行时，从振荡器输出的种子光经预放大器、主放大器、倍频器等模块能够稳定且精准地传输至靶室并聚焦辐照到微米量级大小的靶丸上，大型高功率脉冲激光系统均配置了激光光束自准直装置。在此类大型低重复频率高功率脉冲激光系统中，一般采用多个传统单级“两点一线”自准直装置依次顺序排列并同时运行的自准直结构，每个传统自准直装置的运行模式均是由两个CCD探测器测量近场和远场位置，然后用两个电动控制镜架来校正光路的近场线偏移量和远场角偏移量。这种多个传统单级“两点一线”自准直装置依次顺序排列的结构对于大型高功率脉冲激光系统而言，不仅复杂而且全光路校正效率低，对激光系统终端输出光束空间指向稳定性的控制也并不十分理想，常会由于终端自准直装置的校正来不及响应前级自准直装置的校正而导致终端输出的聚焦光束浮出靶丸。
[0003]目前，中国专利CN101063751A、中国专利CN100470194C和中国专利CN109632641A各自公开了一种传统单级“两点一线”自准直装置结构，尚未有针对高功率激光系统提出的整体自准直方案。因此，针对上述情况，有必要提出一种以保证其终端输出光束指向稳定性为宗旨，同时实现全光路自动准直的高功率激光系统中的级联自准直装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了使高功率激光系统实现全光路自动准直并保证终端输出光束指向稳定性，提供一种高功率激光系统中的级联自准直装置。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供一种高功率激光系统中的级联自准直装置，其特点在于，包括高功率激光系统中的种子光、第一远近场光路校正级、第二远场光路校正级、第三远场光路校正级、第N远场光路校正级、计算机、采集与驱动控制器、主时钟延时信号控制器；
[0007]所述的第一远近场光路校正级包括：置于电动镜架上的第一反射镜，置于电动镜架上的第二反射镜，第一成像透镜组，第一CCD探测器，第一高功率激光系统内部元器件，第一汇聚透镜，第二CCD探测器；
[0008]所述的第二远近场光路校正级包括：置于电动镜架上的第三反射镜，第二高功率激光系统内部元件，第二汇聚透镜，第三CCD探测器；
[0009]所述的第三远近场光路校正级包括：置于电动镜架上的第四反射镜，第三高功率激光系统内部元件，第五反射镜，第三汇聚透镜，第四CCD探测器；
[0010]所述的第N终端远场光路校正级包括：置于电动镜架上的第N+1反射镜，第N高功率激光系统内部元件，第N汇聚透镜，第N+1CCD探测器，终端反射镜；
[0011]所述的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、。。。。、第N+1反射镜的电动镜架上均设有用于调节俯仰和倾斜的电动促动器，该电动促动器的输入端分别与第一反馈电机驱动器、第二反馈电机驱动器、第三反馈电机驱动器、第四反馈电机驱动器、。。。。、第N+1反馈电机驱动器的输出端相连接；
[0012]所述的计算机的输出端分别与所述的第一反馈电机驱动器、第二反馈电机驱动器、第三反馈电机驱动器、第四反馈电机驱动器、。。。、第N+1反馈电机驱动器的输入端相连，所述的计算机的输入端分别与所述的第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器、第四CCD探测器、。。。、第N+1CCD探测器的据输出端相连，以保证各CCD探测器采集数据的传输；
[0013]所述的主时钟延时信号控制器的输出端分别与所述的高功率激光系统中的种子光、第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器、第四CCD探测器、。。。、N+1CCD探测器的触发信号输入端相连，以保证各CCD探测器与种子光的触发信号同步；
[0014]所述的高功率激光系统中的种子光入射至所述的第一反射镜，经该第一反射镜反射后，入射到所述的第二反射镜，经该第二反射镜分为第一反射光束和第一透射光束，所述的第一透射光束经由第一成像透镜组缩束成像后被所述的第一CCD探测器接收，所述的第一成像透镜组的光轴垂直于所述的第一透射光束，所述的第一CCD探测器置于所述的第一成像透镜组的像平面；所述的第一反射光束依次经第一高功率激光系统内部元件和第三反射镜后，分为第二反射光束和第二透射光束，所述的第二透射光束经由第一汇聚透镜聚焦后被所述的第二CCD探测器接收，所述的第一汇聚透镜的光轴垂直于所述的第二透射光束，该透镜的焦距为f1；所述的第二CCD探测器置于所述的第一汇聚透镜的焦平面；所述的第二反射光束依次经所述的第二高功率激光系统内部元件和第四反射镜后，分为第三反射光束和第三透射光束，所述的第三透射光束经由第二汇聚透镜聚焦后被所述的第三CCD探测器接收，所述的第二汇聚透镜的光轴垂直于所述的第三透射光束，该透镜的焦距为f2大于所述的第一汇聚透镜的焦距f1；所述的第三CCD探测器置于所述的第二汇聚透镜的焦平面；
[0015]所述的第三反射光束依次经所述的第三高功率激光系统内部元件和第五反射镜后，分为第四反射光束和第四透射光束，依次类推，直至所述的第N反射光束依次经所述的第N高功率激光系统内部元件和第N+1反射镜后，分为第N+1反射光束和第N+1透射光束,所述的第N+1反射光束为高功率激光系统的终端输出光束，所述的第N+1透射光束经由所述的第N+1汇聚透镜聚焦后被所述的第N+2CCD探测器接收，所述的第N+1汇聚透镜的光轴垂直于所述的第N+1透射光束，该透镜的焦距为f
n+1
大于所述的第N汇聚透镜的焦距f
n
，所述的第N+2CCD探测器置于所述的第N+1汇聚透镜的焦平面。
[0016]优选的，所述的高功率激光系统中的种子光具有约1-10Hz较低重复频率的脉冲式激光，并且光束口径和能量被所述的第一高功率激光系统内部元器件、第二高功率激光系统内部元器件、第三高功率激光系统内部元件、。。。。。。、第N高功率激光系统内部元件依次扩束和放大。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，包括高功率激光系统中的种子光(1)、第一远近场光路校正级(2)、第二远场光路校正级(3)、第三远场光路校正级(4)、第N远场光路校正级、计算机(5)、采集与驱动控制器(6)、主时钟延时信号控制器(7)；所述的第一远近场光路校正级(2)包括：置于电动镜架上的第一反射镜(101)，置于电动镜架上的第二反射镜(102)，第一成像透镜组(104)，第一CCD探测器(105)，第一高功率激光系统内部元器件(119)，第一汇聚透镜(103)，第二CCD探测器(106)；所述的第二远近场光路校正级(3)包括：置于电动镜架上的第三反射镜(109)，第二高功率激光系统内部元件(120)，第二汇聚透镜(110)，第三CCD探测器(111)；所述的第三远近场光路校正级(4)包括：置于电动镜架上的第四反射镜(113)，第三高功率激光系统内部元件(121)，第五反射镜(114)，第三汇聚透镜(115)，第四CCD探测器(116)；所述的第N终端远场光路校正级包括：置于电动镜架上的第N+1反射镜，第N高功率激光系统内部元件，第N汇聚透镜，第N+1CCD探测器，终端反射镜；所述的第一反射镜(101)、第二反射镜(102)、第三反射镜(109)、第四反射镜(113)、。。。。、第N+1反射镜的电动镜架上均设有用于调节俯仰和倾斜的电动促动器(118)，该电动促动器的输入端分别与第一反馈电机驱动器(107)、第二反馈电机驱动器(108)、第三反馈电机驱动器(112)、第四反馈电机驱动器(117)、。。。。、第N+1反馈电机驱动器的输出端相连接；所述的计算机(5)的输出端分别与所述的第一反馈电机驱动器(107)、第二反馈电机驱动器(108)、第三反馈电机驱动器(112)、第四反馈电机驱动器(117)、。。。、第N+1反馈电机驱动器的输入端相连，所述的计算机(5)的输入端分别与所述的第一CCD探测器(105)、第二CCD探测器(106)、第三CCD探测器(111)、第四CCD探测器(116)、。。。、第N+1CCD探测器的据输出端相连，以保证各CCD探测器采集数据的传输；所述的主时钟延时信号控制器(7)的输出端分别与所述的高功率激光系统中的种子光(1)、第一CCD探测器(105)、第二CCD探测器(106)、第三CCD探测器(111)、第四CCD探测器(116)、。。。、N+1CCD探测器的触发信号输入端相连，以保证各CCD探测器与种子光的触发信号同步；所述的高功率激光系统中的种子光(1)入射至所述的第一反射镜(101)，经该第一反射镜反射后，入射到所述的第二反射镜(102)，经该第二反射镜分为第一反射光束和第一透射光束，所述的第一透射光束经由第一成像透镜组(104)缩束成像后被所述的第一CCD探测器(105)接收，所述的第一成像透镜组(104)的光轴垂直于所述的第一透射光束，所述的第一CCD探测器(105)置于所述的第一成像透镜组(104)的像平面；所述的第一反射光束依次经第一高功率激光系统内部元件(119)和第三反射镜后，分为第二反射光束和第二透射光束，所述的第二透射光束经由第一汇聚透镜(103)聚焦后被所述的第二CCD探测器(106)接收，所述的第一汇聚透镜(103)的光轴垂直于所述的第二透射光束，该透镜的焦距为f1；所述的第二CCD探测器(106)置于所述的第一汇聚透镜(103)的焦平面；所述的第二反射光束依次经所述的第二高功率激光系统内部元件(120)和第四反射镜(113)后，分为第三反射光束和第三透射光束，所述的第三透射光束经由第二汇聚透镜(110)聚焦后被所述的第三CCD探测器(111)接收，所述的第二汇聚透镜(110)的光轴垂直于所述的第三透射光束，该透镜的焦
距为f2大于所述的第一汇聚透镜(103)的焦距f1；所述的第三CCD探测器(111)置于所述的第二汇聚透镜(110)的焦平面；所述的第三反射光束依次经所述的第三高功率激光系统内部元件(121)和第五反射镜后，分为第四反射光束和第四透射光束，依次类推，直至所述的第N反射光束依次经所述的第N高功率激光系统内部元件和第N+1反射镜后，分为第N+1反射光束和第N+1透射光束,所述的第N+1反射光束为高功率激光系统的终端输出光束，所述的第N+1透射光束经由所述的第N+1汇聚透镜聚焦后被所述的第N+2CCD探测器接收，所述的第N+1汇聚透镜的光轴垂直于所述的第N+1透射光束，该透镜的焦距为f
n+1
大于所述的第N汇聚透镜的焦距f
n
，所述的第N+2CCD探测器置于所述的第N+1汇聚透镜的焦平面。2.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的高功率激光系统中的种子光(1)具有约1-10Hz较低重复频率的脉冲式激光，并且光束口径和能量被所述的第一高功率激光系统内部元器件(119)、第二高功率激光系统内部元器件(120)、第三高功率激光系统内部元件(121)、。。。。。。、第N高功率激光系统内部元件依次扩束和放大。3.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的第一高功率激光系统内部元器件(119)、第二高功率激光系统内部元器件(120)和第三高功率激光系统内部元件(121)、。。。。。。、第N高功率激光系统内部元件包括激光扩束器和激光放大器。4.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的电动促动器(118...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭纯，梁晓燕，李文启，李儒新，
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：