CN102236174A - 空间滤波系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空间滤波系统，包括激光输入装置、空间滤波器和光路调整装置，所述空间滤波器内具有用于滤波的小孔，其特征在于，所述光路调整装置包括设置在空间滤波器侧面的CCD和位于空间滤波器内部的用于将所述小孔轮廓图像反映到所述CCD的反射镜。本发明具有下列技术效果：1、本发明的CCD不会增加主光路的长度，体积较小。2、本发明的主光路激光能量损失较小。3、本发明可以同时从入射光、出射光两个方向观察小孔附近图像，便于操纵，并且有利于提高激光准直的精度。
Description
技术领域
本发明涉及高功率激光器技术领域，具体地说，本发明涉及一种用于高功率激光器中的空间滤波系统。
背景技术
空间滤波器在高功率激光系统中的应用已经有近40年的历史，特别在二十世纪末各国都致力于惯性约束核聚变激光装置的研制，例如美国的NOVA和NIF，日本的GIKKOX II，法国的LMJ和中国的神光装置，而在这些装置中都采用了空间滤波器。
实践证明，在高功率激光系统中采用了空间滤波器后，激光的亮度、能量、可聚焦功率指标都成倍的提高，而空间滤波器的原理就在于对激光高斯光束的高频分量进行滤波，即在其傅里叶频谱上，利用小孔滤除入射光束的高频分量，抑制高频分量的非线性增长，防止自聚焦的发生。附图2示出了现有技术中的一种空间滤波系统，其中具有光路调整装置，光路调整装置主要监测步骤为：开通白光LED 104的电源照明小孔的轮廓，然后使小孔的轮廓清晰的成像到CCD 107，调整CCD 107的焦面到达空间滤波器内的小孔位置，这样小孔内的光斑可以恰好成像到CCD 107上，通过比较小孔中心和光斑中心的误差来调整反射镜100和反射镜101使小孔的中心和焦斑的中心重合，从而是主光路准直。这种光路调整装置基于直观的CCD成像来对光路进行调整，相比传统的基于功率计的光路调整方案精度更高，并且更便于实验人员的操作。然而这种光路调整装置仍然存在一些问题。比如：如图2所示，为观察小孔轮廓，上述空间滤波系统的光路调整方案中需要用CCD 107接收主光路激光的透射光，这样就要求反射镜110不能是全反镜，而应当是具有一定透射率的反射镜，因此主光路的激光能量存在一定的损失；并且，如果主光路中的激光能量波动较大，出现较大的瞬时功率时，很可能造成CCD107损坏。
上述光路调整装置所需的CCD的存在增加了主光路的长度，这样会大大增加整个激光装置的箱体的长度。众所周知，为了使大功率的激光器的性能稳定不受外界的影响，激光器的箱体都比较厚，所以往往大功率激光器箱体的成本很高，如果按照现有方法去设计光路将会增加箱体的体积，这将极大地提高工业成本。
因此，目前迫切需要一种能量损失更小且体积更小的空间滤波系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种能量损失更小且体积更小的空间滤波系统。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种空间滤波系统，包括激光输入装置、空间滤波器和光路调整装置，所述空间滤波器内具有用于滤波的小孔，其特征在于，所述光路调整装置包括设置在空间滤波器侧面的CCD和位于空间滤波器内部的用于将所述小孔轮廓图像反映到所述CCD的反射镜。
其中，所述激光输入装置用于生成原始激光并对原始激光进行预处理，然后将预处理后的激光输入所述空间滤波器。
其中，所述空间滤波器包括：
不透明的空间滤波器腔体，其侧壁上具有透明窗口，所述腔体的轴线与主光路平行；
位于不透明腔体内的滤波板，所述滤波板上的小孔用于过滤高斯光束高频分量；以及
空间滤波器入射和出射透镜。
其中，所述光路调整装置包括：
照明光源；
位于空间滤波器腔体内用于反映所述滤波板上小孔轮廓图像的反射镜；
位于所述空间滤波器腔体的侧壁上透明窗口处的CCD，该CCD用于接收所述反射镜所反映的小孔周围的图像；以及
与CCD连接的显示单元。
其中，位于空间滤波器腔体内用于反映所述滤波板上小孔轮廓图像的反射镜为棱镜。
其中，所述光路调整装置的所述反射镜包括第一反射镜和第二放射镜，第一反射镜用于反映入射光方向一侧的所述滤波板上小孔轮廓图像，第二反射镜用于反映出射光方向一侧的所述滤波板上小孔轮廓图像；所述CCD包括第一CCD和第二CCD，分别用于接收所述第一、第二反射镜所反映的小孔轮廓图像。
与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：
1、本发明的CCD不会增加主光路的长度，体积较小。
2、本发明的主光路激光能量损失较小。
3、本发明可以同时从入射光、出射光两个方向观察小孔附近图像，便于操纵，并且有利于提高激光准直的精度。
附图说明
图1示出了本发明一种实施例的空间滤波系统的光路示意图；
图2示出了现有技术中的一种空间滤波系统的光路示意图(该图中未示出激光输入装置)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
根据本发明的一个实施例，提供了一种空间滤波系统，包括激光输入装置、空间滤波器和光路调整装置。其中激光输入装置用于生成原始激光并对原始激光进行预处理，然后将预处理后的激光输入所述空间滤波器。
参考图1，本实施例中，所述激光输入装置包括He-Ne激光器1，反射镜2，扩束镜3和小孔光阑4。He-Ne激光器1用于产生632nm激光。反射镜2是两个均呈45度设置的反射镜，它们可以将激光的行进方向旋转180度。同时，这两个反射镜2的方向可以进行微调，可以通过对这两个反射镜2的微调来精确调节主光路的方向以实现主观路的准直。扩束镜3采用八倍扩束镜，用于将He-Ne进行扩束。小孔光阑4用于从扩束后的光斑(一般为圆光斑)中提取10mm×10mm方光斑。
所述空间滤波器包括：空间滤波器腔体6、滤波板8和两个准直透镜5、9。其中空间滤波器腔体的轴线与主光路平行，其侧壁采用不锈钢材料制作，侧壁上具有透明窗口，该窗口可用于照明光。两个准直透镜5、9分别设置在空间滤波器腔体的两端，将它们分别称为空间滤波器入射光方向准直透镜和空间滤波器出射光方向准直透镜，准直透镜的选取和设置均为现有技术，这里不再赘述。滤波板位于空间滤波器腔体内，其上具有用于过滤高斯光束高频分量的小孔。
所述光路调整装置包括；棱镜7、显示器10、CCD 11和LED光源12。棱镜7表面镀银，它设置在空间滤波器腔体6内。CCD 11和LED光源12设置在空间滤波器腔体6的侧壁的窗口处。所述棱镜7用于反射所述小孔及其周围的光线，以使CCD 11处形成所述小孔及其周围的图像(即小孔轮廓信息图像)，并且该图像将通过显示器10显示出来，以供操作者用肉眼观察小孔处的光斑，进而达到对主光路进行准直调节的目的。特别地，在优选实施例中，可以设置两个CCD 11，两个棱镜7，空间滤波器腔体6侧壁的窗口设置在中心处。两个CCD 11分别设置在滤波板的两侧，两个棱镜7也分别设置在滤波板的两侧。这样，CCD可以分别对入射方向和出射方向上的小孔轮廓进行成像，从而使得主光路的调节操作更加方便。本实施例中两个棱镜7均与空间滤波器腔体6的下侧壁结合形成一体，具体实现上，两个棱镜7可以粘接在安装滤波板的底板13上，所述底板13安装在空间滤波器腔体6的下侧壁上。
下面简要叙述基于上述空间滤波系统的光路准直调节方法。光路准直调节就是要实现空间滤波器内光斑在小孔内位置的精确调节，包括下列步骤：
(1)如图1所示，采用632nm的He-Ne激光器生产激光，选用两个45度反射镜对He-Ne进行初步准直调节，将光束的中心高度确定为105mm，在光路中摆放的八倍扩束镜对He-Ne光束进行扩束；
(2)在扩束后的光束通过10mm×10mm的小孔光阑，小孔光阑将扩束后的光斑的横截面定为10mm×10mm的方光斑(这仅仅是一个示例，本发明的光斑的横截面形状和尺寸可以根据不同情况进行调整)，10mm×10mm的方光斑通过透镜聚焦到空间滤波器内的小孔内；
(3)打开白光LED光源12照亮空间滤波器内小孔的轮廓，照亮小孔轮廓的白光反射到棱镜7，棱镜7的表面镀银形成全反镜把小孔轮廓的信息反射到CCD 11，并通过显示器10提供给操作者。如图1所示，本实施例设置了两个CCD，它们作用大体相同，不同之处在于一个是观察入射光方向小孔轮廓，另一个是观察反射光方向小孔轮廓，从入射光、反射光两个方向进行观察和调节，可以更好地保证光路中光的稳定振荡，从而进一步提高空间滤波器的精度；
(4)调整摄像头(即含有CCD11的摄像头)的焦距，使得显示器10可以清晰的反应小孔的轮廓。由于小孔平面也是激光束焦面所在，所以被小孔过滤掉的高阶分量在小孔的周围的分布也会成像在显示器10上；
(5)图1中通过观察显示器10上的小孔和激光高阶分量的分布，调整第一面反射镜和第二面反射镜(即图1中的两个反射镜2)，调整到小孔周围的高斯光束的高频分量均匀分布在小孔的周围，此时光斑正好与小孔的中心重合，即完成空间滤波器光路准直的调整。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种空间滤波系统，包括激光输入装置、空间滤波器和光路调整装置，所述空间滤波器内具有用于滤波的小孔，所述光路调整装置包括设置在空间滤波器侧面的CCD和位于空间滤波器内部的用于将所述小孔轮廓图像反映到所述CCD的反射镜。
2.根据权利要求1所述的空间滤波系统，其特征在于，所述激光输入装置用于生成原始激光并对原始激光进行预处理，然后将预处理后的激光输入所述空间滤波器。
3.根据权利要求1所述的空间滤波系统，其特征在于，所述空间滤波器包括：
不透明的空间滤波器腔体，其侧壁上具有透明窗口，所述腔体的轴线与主光路平行；
位于不透明腔体内的滤波板，所述滤波板上的小孔用于过滤高斯光束高频分量；以及
空间滤波器入射和出射透镜。
4.根据权利要求3所述的空间滤波系统，其特征在于，所述光路调整装置包括：
照明光源；
位于空间滤波器腔体内用于反映所述滤波板上小孔轮廓图像的反射镜；
位于所述空间滤波器腔体的侧壁上透明窗口处的CCD，该CCD用于接收所述反射镜所反映的小孔周围的图像；以及
与CCD连接的显示单元。
5.根据权利要求1所述的空间滤波系统，其特征在于，所述光路调整装置的所述反射镜包括第一反射镜和第二放射镜，第一反射镜用于反映入射光方向一侧的所述滤波板上小孔轮廓图像，第二反射镜用于反映出射光方向一侧的所述滤波板上小孔轮廓图像；所述CCD包括第一CCD和第二CCD，分别用于接收所述第一、第二反射镜所反映的小孔轮廓图像。
6.根据权利要求1所述的空间滤波系统，其特征在于，位于空间滤波器腔体内用于反映所述滤波板上小孔轮廓图像的反射镜为反射棱镜。
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