【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用自适应光学器件和中场监测的激光束波前校正
[0001]优先权
[0002]本申请要求于2020年11月23日提交的美国专利申请序号17/102,201的优先权,该申请的公开内容通过引用方式全部并入本文。
[0003]本专利技术一般涉及激光束波前校正,尤其涉及使用自适应光学器件来稳定激光束的尺寸和发散特性的技术。
技术介绍
[0004]激光束的光束质量表征其可聚焦性。高质量激光束的波前具有平滑且简单的形状。高质量的激光束可以比低质量的激光束更紧密地聚焦。在本领域中使用了不同的光束质量度量。一种度量是光束参数积(BPP),定义为(i)束腰处的光束半径和(ii)远场光束发散角的乘积。衍射受限高斯光束可实现最高可能的光束质量。因此,光束质量的另一个度量是M2因子,定义为(i)所考虑激光束的BPP与(ii)相同波长的衍射受限高斯光束的BPP的比率。M2因子或类似的BPP的实际测量通常相当乏味。这种测量通常涉及将激光束聚焦到束腰,并测量在束腰处和束腰附近的几个位置处(即,在近场)以及距离束腰至少两个瑞利(Rayleigh)长度的几个位置处(即,在远场)的光束尺寸。拟合函数拟合于光束尺寸测量值,M2因子源自拟合参数。
[0005]一些光学元件通过改变入射激光束的波前来执行它们的预期功能。这种情况的一个典型的例子是通过改变入射光的波前曲率来工作的透镜。然而,光学元件也可能导致不希望的波前变化。例如,高功率固态激光器中增益晶体的光致加热可能导致热透镜效应。热透镜效应是由激光辐射不均匀地加热增益晶体以在增益晶 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于校正激光束的波前的系统,包括:主分束器,所述主分束器用于分离所述激光束的部分以用作诊断光束,所述激光束在标称束腰位置处具有束腰;聚焦元件,所述聚焦元件用于使所述诊断光束聚到焦点;测量子系统,所述测量子系统配置成测量所述诊断光束在相对于所述诊断光束的所述焦点的标称位置的上游位置和下游位置中的至少一个处的尺寸,其中所述诊断光束的所述上游位置和下游位置中的每一个对应于所述激光束的相应中场位置的图像;以及至少一个自适应光学器件,所述至少一个自适应光学器件位于激光束中且在所述主分束器的上游,用于至少部分地基于所述诊断光束的针对所述上游位置和下游位置中的所述至少一个测量的尺寸来校正所述激光束的波前。2.根据权利要求1所述的系统,其中,每个所述中场位置从所述标称束腰位置移位所述激光束相对于所述标称束腰位置的标称瑞利长度的90%到110%之间。3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统,其中:所述至少一个自适应光学器件包括第一自适应镜,该第一自适应镜配置成校正相对于所述激光束在第一横轴上的波前;并且在所述上游位置和下游位置中的所述至少一个中的每一个处,由所述测量子系统测量的对应尺寸包括所述诊断光束在所述第一横轴上的第一横向尺寸。4.根据权利要求3所述的系统,其中,所述第一自适应镜包括:镜面,以及仅三个致动器,所述三个致动器沿所述第一横轴分布以在平行于由所述第一横轴和所述激光束的传播方向限定的平面的维度上调整所述镜面。5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统,其中,所述测量子系统包括:图像传感器;以及第一和第二次级分束器,所述第一和第二次级分束器用于将所述诊断光束的相应的第一部分和第二部分引导到所述图像传感器上的不同的相应第一位置和第二位置,所述第一和第二次级分束器被串联布置,使得所述图像传感器截取分别位于所述上游位置和所述下游位置处的所述诊断光束的第一部分和第二部分。6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统,其中:所述至少一个自适应光学器件还包括第二自适应镜,该第二自适应镜在所述第一自适应镜的下游并且配置成校正相对于所述激光束在第二横轴上的波前,所述第二横轴正交于所述第一横轴;并且在所述上游位置和下游位置中的所述至少一个的每一个处,由所述测量子系统测量的对应尺寸还包括所述诊断光束在所述第二横轴上的第二横向尺寸。7.具有波前校正的激光设备,包括:根据权利要求6所述的系统;激光源,所述激光源用于产生束腰在所述激光源内的束腰位置处的激光束;以及在所述至少一个自适应光学器件的上游的望远镜,用于在像平面处形成所述激光束在所述束腰位置处的图像;其中所述至少一个自适应光学器件位于所述像平面处。
8.根据权利要求7所述的激光设备,其中,所述激光源包括非线性晶体,并且所述束腰位置在所述非线性晶体内。9.根据权利要求7或权利要求8所述的激光设备,还包括:反馈控制器,所述反馈控制器配置成主动调整所述至少一个自适应光学器件,以保持针对所述上游位置和下游位置中的所述至少一个测量的尺寸的标称值,从而将所述激光束的第二束腰的位置稳定在所述像平面处。10.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,所述测量子系统配置成进一步测量所述诊断光束在所述聚焦元件的焦平面处的尺寸。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统,其中,所述测量子系统包括:图像传感器;以及第一、第二和第三次级分束器,所述第一、第二和第三次级分束器用于将所述诊断光束的相应的第一部分、第二部分和第三部分引导到所述图像传感器上的不同的相应第一位置、第二位置和第三位置,所述第一、第二和第三次级分束器串联布置使得所述图像传感器分别在所述上游位置、所述焦平面和所述下游位置处截取所述诊断光束的所述第一部分、第二部分和第三部分。12.根据权利要求10或权利要求11所述的系统,还包括:反馈控制器,所述反馈控制器配置成主动调整所述至少一个自适应光学器件,以保持针对所述上游位置和下游位置中的至少一个以及在所述焦平面处测量的尺寸的标称值。13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统,其中,所述至少一个自适应光学器件包括串联布置的第一对自适应镜并且每个自适应镜配置成校正相对于激光束在第一横轴上的波前。14.根据权利要求13所述的系统,其中,所述第一对自适应镜中的每个自适应镜包括:镜面,以及仅三个致动器,所述三个致动器沿所述第一横轴分布以在平行于由所述第一横轴和所述激光束的传播方向限定的平面的维度上调整所述镜面。15.根据权利要求13或权利要求14所述的系统,其中,所述至少一个自适应光学器件还包括串联布置的第二对自适应镜并且每个自适应镜配置成校正相对于所述激光束在第二横轴上的波前,所述第二横轴正交于所述第一横轴。16.具有波前校正的激光设备,包括:根据权利要求15所述的系统;激光源,所述激光源用于产生所述激光束;在所述至少一个自适应光学器件的上游的光束整形模块,所述光束整形模块配置成,当所述波前在所述光束整形模块处具有标称特性时,实现所述激光束的预定束腰尺寸和远场发散度;以及反馈控制器,所述反馈控制器配置成至少部分地基于所述诊断光束的针对所述上游位置和所述下游位置中的所述至少一个以及在所述焦平面处测量的尺寸来调整所述第一对自...
【专利技术属性】
技术研发人员:R,
申请(专利权)人:相干激光系统有限公司,
类型:发明
国别省市:
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