CN102570274B - 一种激光光强分布的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种激光光强分布的控制装置及方法，所述装置包括增益介质、泵浦源、光学元件、图形发生器和控制器，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源向增益介质发出泵浦光，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，使增益介质内产生空间调制的增益分布，以实现使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。本发明有效实现对任意激光光强分布的实时控制，由于控制过程不存在对激光的衰减，且增益分布会将激光的光强放大，因此很容易实现对高功率激光光束的光强分布控制。

Description

一种激光光强分布的控制装置及方法

技术领域

本发明属于激光光强分布控制技术领域，特别是涉及一种激光光强分布的控制装置及方法。

背景技术

激光自1960年问世至今，得到了空前的发展，由于其亮度高、单色性好、准直和聚焦性能好，已在科学研究、军事国防、工业加工、天文观测和信息传播等领域得到的广泛的应用。

在实际应用当中，激光的光强分布是限制激光应用的一个主要因素。例如在激光刻蚀加工领域，就需要得到光强分布尽量均匀的平顶光束以达到最理想的刻蚀效果；而在需要激光聚焦的情况下(如激光焊接、激光的光纤耦合)，就希望得到光强分布尽量接近高斯型的基模高斯光束，从而提高激光聚焦后的光强并降低激光在焦点处的束腰半径。因此，对激光强度分布的控制有着十分重要和现实的意义。

激光一般是由激光谐振腔产生，或经激光放大器进行放大后输出。理论上基模输出的激光光束的光强分布是高斯形的，但由于光学元器件引入的像差和非线性效应，实际应用中激光的强度分布并没有严格的特性和规律。

现有的光强分布控制技术都是透射衰减式的，且在实际应用中会受到如激光光强、孔径等因素的限制。申请号为02820338.0的中国专利申请公开了一种薄膜半导体器件及其制造方法，是直接利用具有一定光强透过率分布的掩膜改变光束的强度分布并用于半导体器件的光刻，该方法需要探测激光的强度分布后，设计、加工出对应透过率分布的掩膜，从而实现对激光强度分布的控制，但由于需要曝光、显影、定影等工艺，掩膜的制造时间较长，使该方法对激光的光斑分布的控制的实时受到影响；另一方面，该方法实际上是对光强衰减的，将会是激光的功率受到损失；此外这种透射式掩膜的损伤阈值比较低，也限制了其应用于高功率激光。专利号为01256697.7的中国专利公开了一种液晶光阀激光束空间整形装置，提到利用液晶光阀对激光的光强分布进行控制，但该方法同样也是只能通过衰减实现对激光光强分布的控制，无法解决激光损失和损伤问题。

此外还有人提出过利用可变形反射镜控制激光位相分布的方法来改变激光的强度分布，其物理原理与二元光学类似，只是将控制位相的光学元件换成了可变形反射镜。但由于激光光束在自由空间传播时强度与位相之间的相互作用关系是非线性的，以及实际操作中变形反射镜可以提供的位相补偿能力受到工艺的限制，因此通过这种方法很难实现对任意光强分布的控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：现有技术改变激光光强分布的只能通过衰减实现，无法解决激光损失和损伤问题，因此很难应用于高功率、高能量的激光光束。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光光强分布的控制装置。

其中，所述装置包括增益介质、泵浦源、光学元件、图形发生器和控制器，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源向增益介质发出泵浦光，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的增益分布，使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

优选地，所述光学元件包括液晶光阀和反射镜，在泵浦源和增益介质的出射面之间依次设有液晶光阀和反射镜，所述控制器与液晶光阀相连接。

优选地，所述光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜，在泵浦源和增益介质的出射面之间依次设有变形镜和傅里叶变换镜，所述控制器与变形镜相连接。

本发明还提供了第二种激光光强分布的控制装置，包括增益介质、泵浦源、图形发生器和控制器，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源的输出光强分布，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制泵浦光的光强分布以改变增益介质内的增益分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

本发明还提供了一种激光光强分布的控制方法，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的增益分布，使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

优选地，所述光学元件包括液晶光阀时，所述控制器与液晶光阀相连接，所述控制器施加给液晶光阀的电压在U_I(x，y)容限范围内，从而使得泵浦光在I_p(x，y)容限范围内，其中，

$U_I(x,y)=\frac{C_p}{I_{p0}(x,y)C_I}\·[\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}]$

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}$

式中，C_I为液晶光阀的透过率-电压系数，(x，y)为空间坐标，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设的激光光强分布，I_p0(x，y)为激光的原始输出光强，

λ_I为激光波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，e为欧拉系数。

优选地，所述光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜，所述控制器与变形镜相连接，所述控制器施加给变形镜的电压在U容限范围内，从而使得控制器调节变形镜使其对泵浦光引入的位相分布在容限范围内，其中，

U＝(IF^tIF)^-1IF^tΔΦ

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}$

式中，U_n为变形镜序号为n的致动器的驱动电压，(x，y)为空间坐标，N为变形镜的致动器总数，ΔΦ为

的离散形式，U＝{U_n}为描述致动器电压的向量，IF＝{IF_n(x，y)}为离散化的影响函数，t为矩阵转置运算符号，上标-1为逆矩阵运算符号，FT()为傅里叶变换算符，FT^-1()为逆傅里叶变换算符，i为虚数单位，k为泵浦光波矢，I_p0(x，y)和

为泵浦光的出射光强分布和位相分布，I_p(x，y)和

为泵浦光经过傅里叶变换镜后入射增益介质前的光强分布和位相分布，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设的激光光强分布，

λ_I为激光波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，e为欧拉系数。

本发明还提供了第二种激光光强分布的控制方法，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述泵浦光由与控制器相连的泵浦源发出，所述控制器与图形发生器相连接，接收预设的激光光强分布，并控制泵浦光的光强分布，以改变增益介质内的增益分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

优选地，所述泵浦源为可寻址半导体激光器阵列，所述控制器施加给泵浦源的电流在i(x，y)容限范围内，从而使得泵浦光在I_p(x，y)容限范围内，其中，

$i(x,y)=\frac{I_p(x,y)}{c_u}-i_t$

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}$

式中，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设激光的光强分布，(x，y)为空间坐标，

λ_I为激光波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，c_u为半导体激光器阵列的功率系数，i_t为半导体激光器阵列的阈值电流。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，将预设的激光光强分布图形发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布或者直接控制泵浦源，从而使得增益介质内的增益分布被调制，以使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配，有效实现对任意激光光强分布的控制，由于改变激光光强分布的过程中不存在对激光的主动衰减，因此很容易实现对高功率激光光束的光强分布控制。

附图说明

图1是本发明的一实施例的激光光强控制装置的结构示意图；

图2是本发明的第二实施例的激光光强控制装置的结构示意图；

图3是本发明的第三实施例的激光光强控制装置的结构示意图；

图4是本发明的第四实施例的激光光强控制装置的结构示意图；

图5是图4的另一种实现方式的结构示意图。

其中，1：增益介质；2：泵浦源；3：泵浦光；4a：液晶光阀；4b：反射镜；4c为变形镜；4d：傅里叶变换镜；4e：透镜组；5：增益介质入射面；6：激光束；7：图形发生器；8：控制器；9：增益介质出射面；10：激光振荡器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-3所示，是本发明的实施例的激光光强分布的控制装置的结构示意图，所述装置包括增益介质1、泵浦源2、光学元件、图形发生器7和控制器8，在激光的光路上设有接收到泵浦光3的增益介质1，所述控制器8与泵浦源2相连接，用于控制泵浦源2向增益介质1发出泵浦光，所述泵浦光3经由光学元件进入增益介质1，所述图形发生器7与控制器8相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器8，由控制器8来控制经过光学元件的泵浦光3的光强分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。本发明进行控制的激光束可以是连续激光也可以是脉冲激光，激光光束可以是一次性进入增益介质也可以是多次进入增益介质，从而形成入射激光，进入增益介质的方式可以是直通透过也可以是进入介质后经过反射后从介质出射。该增益介质1朝向激光束6的面为增益介质入射面5，朝向泵浦源2的面为增益介质出射面9。该增益介质1可以为固体、液体或者气体增益介质。本发明将预设的光束图形发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配，有效实现对任意激光光强分布的实时控制，由于控制过程不存在对激光的衰减，且增益分布会直接将激光的光强放大，因此很容易实现对高功率激光光束的光强分布控制。

本发明的图形发生器可以为现有的各种图形发生器，用于产生目标光强的二维分布函数I_o(x，y)，并将其以电信号的形式输送给控制器，由控制器来控制泵浦光的光强分布。控制器也可以为各种适合的控制元件，例如驱动器、单片机等。本发明的光学元件可以为各种适合的光学部件，只要能实现控制泵浦光的光强分布即可。优选地，所述光学元件包括液晶光阀4a和反射镜4b，请参阅图2。该实施例在泵浦源2和增益介质出射面9之间依次设有液晶光阀4a和反射镜4b，所述控制器8与液晶光阀4a相连接。优选地，在液晶光阀4a和反射镜4b之间设有透镜组，可以由两个或者多个透镜组成，经过透镜的泵浦光形成的孔径大小与入射激光的孔径相匹配。该实施例的入射激光由激光振荡器10发出，其产生的激光束6射入增益介质入射面5。本实施例将图形发生器的预设光束图形传递给控制器，由控制器来施加电压到液晶光阀4a，以达到控制穿过液晶光阀4a的泵浦光3的光强分布，实现了将经过增益介质的激光与预设的光束图形相匹配。请参阅图3，优选地，所述光学元件包括变形镜4c和傅里叶变换镜4d，在泵浦源2和增益介质出射面9之间依次设有变形镜4c和傅里叶变换镜4d，泵浦源2所发出的泵浦光3经由变形镜4c和傅里叶变换镜4d之后进入增益介质出射面9，控制器8与变形镜4c相连接。该实施例将图形发生器的预设光束图形传递给控制器，由控制器来施加电压到变形镜4c，以达到控制穿过变形镜4c的泵浦光3的位相分布，实现了将经过增益介质的激光与预设的激光光强相匹配。

本发明的激光光强分布的控制方法如下：在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的增益分布，使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。该方法将预设的激光光强分布图形发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布或者直接控制泵浦源，从而使得增益介质内的增益分布被调制，以使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配，有效实现对任意激光光强分布的控制，由于改变激光光强分布的过程中不存在对激光的主动衰减，因此很容易实现对高功率激光光束的光强分布控制。

当本发明的光学元件包括液晶光阀时，实现激光光强分布的控制的方法如下：所述图形发生器通过驱动器与液晶光阀相连接，施加给液晶光阀的电压在U_I(x，y)容限范围内，从而使得泵浦光在I_p(x，y)容限范围内，在驱动器的驱动下，使由泵浦源2发射出的泵浦光3经过液晶光阀4a、反射镜4b后到达增益介质出射面9的泵浦光的分布为I_p(x，y)，经过增益介质出射面9垂直入射进增益介质1并产生增益分布g(x，y，z)。如果增益介质1是平板型，由于经过准直，增益介质1内的增益分布可以近似为泵浦光光强分布为：

$g(x,y,z)=\frac{{\mathrm{\λ}}_p{\mathrm{\σ}}_{21}{\mathrm{\τ}}_f}{\mathrm{hc}}{I}_P(x,y)e^{-\mathrm{\α}(L-Z)}---\left(1\right)$

其中，λ_p为泵浦光的波长；h为普朗克常量；c为真空中的光速；σ₂₁为增益介质的受激发射截面；τ_f为激活离子的上能级寿命；α为增益介质对泵浦光的吸收系数；L为增益介质的长度；e为欧拉系数；(x，y，z)为空间坐标，在增益介质的入射面z＝0，在增益介质的出射面z＝L。

由于增益介质1是四能级系统，可以忽略其受激吸收效应，因此入射激光经过增益介质后，结合公式(1)与激光放大的微分方程可以计算得到泵浦光在增益介质表面处的光强分布：

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}---\left(2\right)$

结合泵浦光的光强调制方程可以得到最终控制电压u_l(x，y)的表达式：

$U_I(x,y)=\frac{C_p}{I_{p0}(x,y)C_I}\·[\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}]---\left(3\right)$

式中，C_I为液晶光阀的透过率-电压系数，I_i(x，y)为入射激光光强分布，即进入增益介质前的激光，I_o(x，y)为预设激光的光强分布，I_p0(x，y)为激光的原始输出光强，

λ_I为激光束波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，e为欧拉系数。

在一实施例中：增益介质为Nd:YVO4，入射激光为激光振荡器10发射出的波长为1064nm的激光光束，到达增益介质表面的入射激光光束横截面的光强分布为均匀分布，经过装置整形后光强分布变为了在(a，a)，(-a，a)(a，-a)，(-a，-a)四个位置2X2高斯分布；泵浦源为经过准直的半导体激光器，输出波长为808nm；入射激光的光强分布为均匀分布；图形发生器产生的，目标光强分布为四个位置2X2高斯分布：

I_i(x，y)＝A₀     (4)

$I_o(x,y)=B_0(e^{-\frac{{(x-a)}^2+{(y-a)}^2}{{\mathrm{\ω}}^2}}+e^{-\frac{{(x-a)}^2+{(y+a)}^2}{{\mathrm{\ω}}^2}}+e^{-\frac{{(x+a)}^2+{(y-a)}^2}{{\mathrm{\ω}}^2}}+e^{-\frac{{(x+a)}^2+{(y+a)}^2}{{\mathrm{\ω}}^2}})---\left(5\right)$

式中，A₀为入射激光的振幅，B₀为出射激光的振幅，ω为激光束比例系数，e为欧拉系数。

结合(2)(3)、(4)、(5)式，就可以计算出增益介质表面处的泵浦光强分布I_p(x，y)和控制电压分布u_l(x，y)，驱动器调节液晶光阀4a的控制电压为u_l(x，y)，使泵浦光的光强分布趋于预设的激光光强分布I_o(x，y)，就可以实现对激光光束的整形。本实施例中液晶光阀4a的使用不会对经过光强分布调制的激光光束的位相或波面产生任何影响。此外，如果想使用中国专利“01256697.7”中提出方法得到本实施例中的光强分布，必然会出现液晶光阀中的部分单元将对入射激光的透过率很低的情况，这就意味着会有很大比例的光功率被转换成热，有可能会严重地损坏液晶器件。

当本发明的光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜时，实现激光光强分布的控制方法如下：所述控制器与变形镜相连接，所述控制器施加给变形镜的电压在U容限范围内，从而使得控制器调节变形镜使其对泵浦光引入的位相分布在

容限范围内，该实施例是通过驱动器控制变形镜改变泵浦光的位相分布，并通过傅里叶变换镜将泵浦光位相分布的变化投影到光强分布I_p(x，y)上，其相互关系为：

其中，FT()为傅里叶变换算符；FT^-1()为逆傅里叶变换算符；i为虚数单位；k为泵浦光波矢；I_p0(x，y)和

为泵浦光的出射光强分布和位相分布，可以在装置建立前测得；

为变形镜4c引入的位相分布；为泵浦光经过傅里叶变换镜后入射增益介质前得位相分布。

基于(6a)、(6b)式，使用G-S算法就可以还原出需要变形镜4c引入的位相分布

变形镜4c的影响函数{IF_n(x，y)}可在装置建立前测得，前文计算得到目标位相分布

可以描述为用变形镜4c影响函数的线性叠加：

式中U_n为变形镜序号为n的致动器的驱动电压，N为变形镜的致动器总数。(7)式离散化后可以写成矩阵的形式：

ΔΦ＝IF·U     (8)

其中，ΔΦ为

的离散形式，U＝{U_n}为描述致动器电压的向量，IF＝{IF_n(x，y)}为离散化的影响函数。根据最小二乘法的原理，控制电压U的最近似解为：

U＝(IF^tIF)^-1IF^tΔΦ     (9)

其中上标^t为矩阵转置运算符号；上标^-1为逆矩阵运算符号。

因此，在本实施例中，驱动器接收到图形发生器产生的图形函数后，利用上述方法就可以计算得出变形镜的驱动电压{U_n}，调节变形镜使其对泵浦光引入的位相分布

使泵浦光在增益介质处的光强分布I_p(x，y)趋于利用式(2)计算得到的目标泵浦光强分布，从而实现将入射激光的光强分布转变为任意光强分布的激光输出。

如图4和5所示，为本发明的第二种实施例的激光光强分布的控制装置，该装置包括增益介质1、泵浦源2、图形发生器7和控制器8，在激光的光路上设有接收到泵浦光3的增益介质1，控制器8为驱动器，图形发生器通过驱动器与泵浦源相连接，控制器8与泵浦源相连接，用于将预设的光束图形通过图形发送器发送至控制器，由控制器来控制泵浦光的光强分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。图5为图4的另一优选方式，泵浦源2和增益介质之间设有透镜组4e，可以由两个或者多个透镜组成，经过透镜的泵浦光形成的孔径大小与入射激光7的孔径相匹配。

本发明利用该装置进行激光光强分布的控制方法的实施例如下：驱动器接收图形发生器产生的目标光强分布I_o(x，y)，利用公式(2)计算出目标泵浦光强分布I_p(x，y)，并寻址控制改变半导体激光器激光阵列输出泵浦光的光强分布，泵浦源为可寻址半导体激光器阵列，所述控制器施加给泵浦源的电流在i(x，y)容限范围内，从而使得泵浦光在I_p(x，y)容限范围内，其中，

$i(x,y)=\frac{I_p(x,y)}{c_u}-i_t---\left(10\right)$

式中，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设的激光光强分布，

为激光的饱和光强，λ_I为激光束波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，c_u为半导体激光器的功率系数；i_t为半导体激光阵列的阈值电流。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，由图形发生器将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布或者直接控制泵浦源，从而使得经过增益介质的激光与预设的光束图形相匹配，有效实现对任意激光光强分布的实时控制，由于控制过程不存在对激光的衰减，且增益分布会直接将激光的光强放大，因此很容易实现对高功率激光光束的光强分布控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光光强分布的控制装置，其特征在于，包括增益介质、泵浦源、光学元件、图形发生器和控制器，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源向增益介质发出泵浦光，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的增益分布，使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学元件包括液晶光阀和反射镜，在泵浦源和增益介质的出射面之间依次设有液晶光阀和反射镜，所述控制器与液晶光阀相连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜，在泵浦源和增益介质的出射面之间依次设有变形镜和傅里叶变换镜，所述控制器与变形镜相连接。

4.一种激光光强分布的控制装置，其特征在于，包括增益介质、泵浦源、图形发生器和控制器，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源的输出光强分布，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制泵浦光的光强分布以改变增益介质内的增益分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

5.一种激光光强分布的控制方法，其特征在于，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述图形发生器与控制器相连接，用于将预设的激光光强分布发送至控制器，由控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的增益分布，使经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光学元件包括液晶光阀时，所述控制器与液晶光阀相连接，所述控制器施加给液晶光阀的电压在U_I(x，y)容限范围内，从而使得泵浦光在I_p(x，y)容限范围内，其中，

$U_I(x,y)=\frac{C_p}{I_{p0}(x,y)C_I}\·[\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}]$

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}$

式中，C_I为液晶光阀的透过率-电压系数，(x，y)为空间坐标，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设的激光光强分布，I_p0(x，y)为激光的原始输出光强，

λ_I为激光波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，e为欧拉系数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的激光光强分布I_o(x，y)为高斯型，且入射激光的光强分布I_i(x，y)＝A₀时，控制器施加给液晶光阀的电压值为U_I(x，y)，从而使得泵浦光值为I_p(x，y)。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜时，所述控制器与变形镜相连接，所述控制器施加给变形镜的电压在U容限范围内，从而使得控制器调节变形镜使其对泵浦光引入的位相分布在容限范围内，其中，

U＝(IF^tIF)^-1IF^tΔΦ

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}$

式中，U_n为变形镜序号为n的致动器的驱动电压，(x，y)为空间坐标，N为变形镜的致动器总数，ΔΦ为

的离散形式，U＝{U_n}为描述致动器电压的向量，IF＝{IF_n(x，y)}为离散化的影响函数，t为矩阵转置运算符号，上标-1为逆矩阵运算符号，FT()为傅里叶变换算符，FT^-1()为逆傅里叶变换算符，i为虚数单位，k为泵浦光波矢，I_p0(x，y)和

为泵浦光的出射光强分布和位相分布，I_p(x，y)和为泵浦光经过傅里叶变换镜后入射增益介质前的光强分布和位相分布，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设的激光光强分布，

λ_I为激光波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，e为欧拉系数。

9.一种激光光强分布的控制方法，其特征在于，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述泵浦光由与控制器相连的泵浦源发出，所述控制器与图形发生器相连接，接收预设的激光光强分布，并控制泵浦光的光强分布，以改变增益介质内的增益分布，从而使得经过增益介质的激光与预设的激光光强分布相匹配。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述泵浦源为可寻址半导体激光器阵列，所述控制器施加给泵浦源的电流在i(x，y)容限范围内，从而使得泵浦光在I_p(x，y)容限范围内，其中，

$i(x,y)=\frac{I_p(x,y)}{c_u}-i_t$

$I_p(x,y)=C_p\{\ln \left(\frac{I_o(x,y)}{I_i(x,y)}\right)+\frac{I_o(x,y)-I_i(x,y)}{I_s}\}$

式中，I_i(x，y)为入射激光光强分布，I_o(x，y)为预设激光的光强分布，(x，y)为空间坐标，

λ_I为激光波长，λ_p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，c为光速，σ₂₁为增益介质的受激发射截面，τ_f为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，c_u为半导体激光器阵列的功率系数，i_t为半导体激光器阵列的阈值电流，e为欧拉系数。

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