用于激光光束波前校正的光学装置及波前校正方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于激光光束波前校正的光学装置及激光光束波前校正方法。该光学装置包括：光学材料，用于通过一个端面接收从激光增益介质射出的激光光束，并从另一个端面射出激光光束，或者，从接收激光光束的端面射出；温控单元，用于在温度控制器的控制下发热或者制冷；散热装置，用于在温度控制器控制温控单元制冷时，为温控单元排出其产生的废热；温度控制器，用于控制一个或多个温控单元进行发热或者制冷，并控制一个或多个温控单元的发热量或者制冷量，以控制激光光束在光学材料中通过路径上的温度，对射入光学材料的激光光束波前进行矫正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种用于激光光束波前校正的光学装置及激光光束波前校正方法。
技术介绍
目前，在高功率固体激光器研制中，除了需要提升功率/能量外，还必须研究光束控制与提高光束质量的问题，具有高功率高光束质量的激光才能满足实际应用的需要。在实际工作中，高功率激光系统输出的激光都有振幅调制和相位畸变，理论和实验研究都证明，对于远场光束质量来说，相位畸变是主要影响因素。激光束通过具有一定温度分布的激光增益介质或非理想的光学系统后，其波前会发生畸变，这种波前畸变通常会随着激光输 出功率的增加而变得更加严重。高功率激光束波前的畸变中一般包含热透镜效应等因素引起的低阶畸变和温度不均匀分布、衍射等因素引起的高阶畸变，低阶畸变可以利用光学元件进行修正或补偿，高阶畸变目前基本采用主要由变形镜组成的自适应光学系统进行校正，这项技术通常用来校正大气扰动引起的相差，用于高功率固体激光系统中也获得了成功。但是随高功率固体激光技术的发展，激光器的输出功率越来越高，影响的波前畸变也越来越大，变形镜系统遇到了一些难以逾越的障碍，一是破坏问题，变形镜要通过镜面起伏变形来改变激光的波前，所以镜面膜层较薄，且散热能力较差，因此抗激光损伤能力相对较弱，在高功率激光系统中经常发生变形镜表面损伤问题。二是行程量小，受变形镜材料限制，变形镜面形不能在大范围内变化，通常的最大行程在10 μ m左右，而高功率固体激光系统中如果要提高激光输出功率激光光束就要通过更长的增益介质，相应的会产生很大的波前畸变，这就经常会超出变形镜的行程范围，因此反过来制约了激光功率的进一步提高。除了以变形镜为代表的反射式波前校正器之外，还有透射式的波前校正器，其中主要有衍射光学元件和透射式液晶空间光调制器。衍射光学元件利用了光的波动性，在一片光学材料的基底上做出许多台阶状的亚微米、微米量级的微结构，当光投射到这些带有浮雕结构的器件表面时，波前受到调制，进而实现某些光学功能。主要优点是这种元件是纯相位型的，有极高的衍射效率，不仅能够产生任何形式的波前，而且还能对光波波前进行变换和矫正；可以大量复制；实现系统轻型化、集成化。但其用于高功率激光光束校正时需要准确测量出激光束波前然后再进行光学加工，这就使得其要求激光束有非常好的稳定性和重复性，否则波前校正能力大幅度降低，由于实际工作中高功率固体激光器的调试和元器件更换等改变是不可避免的，所以激光波前难以保持不变，所以这种方法目前很少用于高功率固体激光光束波前的校正。液晶光调制器是以电写入液晶空间光调制器为核心，结合滤波、CXD采集、监视器及计算机组成的实时、可调控的激光光束空间整形系统。它由两偏振片夹一液晶显示层构成，通过液晶分子的旋光偏振性和双折射性来实现对入射光束的波面振幅和相位的调制，即其光学调制特性主要是旋光偏振性和双折射性。通过设置不同的偏振片的相对偏振方位，改变加在液晶像素上的电压，可获得相应液晶空间光调制器的调制模式与调制特性曲线。现在最通行的电寻址液晶空间光调制器是薄膜晶体管透射阵列式液晶电视，这种电寻址液晶空间光调制器能方便地与计算机接口，在设定的光学调制模式下，实现相应的单元像素的振幅或相位的调制。其优点是实时可控的校正波前，缺点是激光损伤阈值较低，仅适用于高功率激光系统前级，但由于高功率激光系统波前畸变主要产生于放大级，如果采用预控制技术的话有会遇到孔径限制等难题，所以液晶空间光调制器目前也较少用于高功率激光系统中。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于激光光束波前校正的光学装置及激光光束波前校正方法，以解决现有技术中的上述问题。本专利技术提供一种用于激光光束波前校正的光学装置，包括设置于固体激光器的激光增益介质之后，光学装置具体包括光学材料、与光学材料表面相连接的一个或多个温控单元、与各个温控单元相连接的散热装置、以及控制温控单元的温度控制器；光学材料，用于通过一个端面接收从激光增益介质射出的激光光束，并从另一个端面射出激光光束，或者，从接收激光光束的端面射出；温控单元，用于在温度控制器的控制下发热或者制冷；散热装置，用于在温度控制器控制温控单元制冷时，为温控单元排出其产生的废热；温度控制器，用于控制一个或多个温控单元进行发热或者制冷，并控制一个或多个温控单元的发热量或者制冷量，以控制激光光束在光学材料中通过路径上的温度，对射入光学材料的激光光束波前进行矫正。优选地，光学材料为光学玻璃、陶瓷、或者晶体；光学材料为多边形立体结构；光学材料的两个端面上镀有膜。优选地，温控单元通过导热胶粘接在光学材料的一个或多个面上，或者，温控单元通过金属焊接的方式固定在光学材料的一个或多个面上。优选地，在光学材料连接温控单元的表面通过掩膜板被金属化形成由多个金属块组成的金属网格，通过掩膜板被金属化的各个温控单元分别与金属网格中的各个金属块焊接连接，其中，金属网格中的各个金属块之间不互相连接。优选地，光学材料与每个温控单元之间均设置有一个导热金属锥体，温控单元固定于导热金属锥体的面积较大的一端，导热金属锥体的面积较小一端与光学材料连接，导热金属锥体用于将温控单元的温度传导到光学材料上。优选地，每个温控单元上设置有一个温度传感器，温度传感器用于向温度控制器发送相应温控单元的温度。优选地，温度控制器具体用于通过控制激光光束在光学材料中通过路径上的温度，使光学材料中激光光束通过路径上的温差分布与激光增益介质中激光光束通过路径上的的温差分布互补，从而对射入光学材料的激光光束波前进行矫正。优选地，温度控制器具体用于通过控制激光光束在光学材料中通过路径上的温度，使激光光束通过路径上的光程差积分与激光增益介质的光程差积分相加为零，对射入光学材料的激光光束波前进行矫正。优选地，温度控制器具体用于分别对每一个温控单元进行控制、和/或对由多个温控单元组成的温控单元组进行控制。优选地，温控单元为温度电子控制器TEC。优选地，温度控制器具体用于通过控制流过温控单元的电流方向，控制温控单元进行发热或者制冷，并通过控制流过温控单元的电流大小，控制温控单元的发热量或者制冷量，其中，在流过温控单元的电流方向为正向时温控单元制冷，在流过温控单元的电流方向为反向时温控单元发热。本专利技术还提供了一种激光光束波前校正方法，包括光学材料的一个端面接收从 激光增益介质射出的激光光束；温度控制器控制光学材料的温度分布，从而控制激光光束在光学材料中通过路径上的温度，对射入光学材料的激光光束波前进行矫正；进行波前矫正后的激光光束从光学材料的另一个端面射出，或者，从接收激光光束的端面射出。优选地，温度控制器控制光学材料的温度分布具体包括温度控制器控制固定于光学材料表面的一个或多个温控单元进行发热或者制冷、并控制一个或多个温控单元的发热量或者制冷量，从而控制光学材料的温度分布。优选地，温度控制器控制光学材料中通过路径上的温差分布与激光增益介质的温差分布互补。优选地，温度控制器控制光学材料中通过路径上的温差分布与激光增益介质的温差分布互补具体包括温度控制器控制光学材料的温度分布，使得激光光束通过路径上的光程差积分与激光增益介质的光程差积分相加为零。优选地，温控单元为温度电子控制器TEC;温度控制器控制固定于光学材料表面的一个或多个温控单元进行发热或者制冷、并控制一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光光束波前校正的光学装置，其特征在于，设置于固体激光器的激光增益介质之后，所述光学装置具体包括：光学材料、与所述光学材料表面相连接的一个或多个温控单元、与各个温控单元相连接的散热装置、以及控制所述温控单元的温度控制器；所述光学材料，用于通过一个端面接收从所述激光增益介质射出的激光光束，并从另一个端面射出所述激光光束，或者，从接收所述激光光束的端面射出；所述温控单元，用于在所述温度控制器的控制下发热或者制冷；所述散热装置，用于在所述温度控制器控制所述温控单元制冷时，为温控单元排出其产生的废热；所述温度控制器，用于控制所述一个或多个温控单元进行发热或者制冷，并控制所述一个或多个温控单元的发热量或者制冷量，以控制所述激光光束在所述光学材料中通过路径上的温度，对射入所述光学材料的激光光束波前进行矫正。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，刘洋，王超，刘刚，梁兴波，王文涛，唐晓军，赵鸿，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：