CN105048277A - 一种激光波前畸变校正系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的激光器波前畸变校正系统包括固体激光器、热辐射微扰源、波前检测模块、控制模块，固体激光器产生激光光束，所述波前检测模块对所述激光光束进行检测，得到激光光束的近场能量分布信息及远场信息，所述控制模块对所述激光光束的近场能量分布信息及远场信息进行分析，并根据分析结果控制所述热辐射微扰源发射热辐射微扰信号给所述固体激光器，所述固体激光器根据所述热辐射微扰信号调整所述激光光束，本发明利用波前检测模块及热辐射微扰源对激光光束进行检测校正，对校正光束的输出特性无要求，且微扰源排列方式更改及强度控制灵活度高，可操作性强，达到了校正光要求低、对激光器系统影响小、准确度高的有益效果。

Description

一种激光波前畸变校正系统

【技术领域】

本发明涉及激光器技术领域，具体地说，本发明涉及一种激光波前畸变校正系统。

【背景技术】

固体激光自诞生以来就因其良好的单色性、相干性、方向性在工业、科研等领域取了广泛的应用。然而传统固体激光器的增益介质在泵浦和冷却系统的作用下，产生径向温度梯度和端面膨胀，激光棒呈现出热透镜、应力双折射等效应，这些效应严重限制了激光器输出功率和光束质量，制约了激光相干合成、激光雷达等领域的进步。为了消除这些原因对激光输出的影响，人们利用受激布里渊散射(SBS)效应及变形反射镜等方法校正光束的波前畸变。但是SBS技术只适用于脉冲激光，尚需解决受激布里渊散射波前反演、时间波形保真以及SBS介质光路击穿等问题，变形反射镜同样面临着镜面膜层损伤阈值低及驱动器行程小等问题。

因此，当前迫切需要提供一种对校正光要求低、对激光器系统影响小、操作性强、工艺简单的激光波前畸变校正系统。

【发明内容】

本发明旨在克服现有激光器波前畸变校正系统对校正光要求高、校正过程影响激光器、准确度低的技术缺陷，提供一种激光波前畸变补偿系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种激光波前畸变校正系统，包括：

固体激光器，用于产生激光光束，所述固体激光器包括工作物质单元，所述工作物质单元存在可被热辐射微扰源作用的工作物质面形；

热辐射微扰源，用于对所述固体激光器的激光光束进行畸变校正；

波前检测模块，用于检测所述固体激光器产生的激光光束的近场能量分布信息及远场信息；

控制模块，用于根据所述波前检测模块检测得到的近场能量分布信息及远场信息，控制所述热辐射微扰源；

所述固体激光器产生激光光束，所述波前检测模块对所述激光光束进行检测，得到激光光束的近场能量分布信息及远场信息，所述控制模块对所述激光光束的近场能量分布信息及远场信息进行分析，并根据分析结果控制所述热辐射微扰源发射热辐射微扰信号给所述固体激光器，所述固体激光器根据所述热辐射微扰信号调整所述激光光束。

在一些实施例中，所述固体激光器还包括泵浦源单元、泵浦光整形单元及冷却水层，所述泵浦光整形单元位于泵浦光及所述工作物质单元之间；

所述冷却水层由激光晶体面及晶体安装机械件间形成的缝隙构成；

所述泵浦光整形单元由光学元件构成。

在一些实施例中，所述固体激光器还包括冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口分别固定连接于晶体安装机械件上。

在一些实施例中，所述热辐射微扰源设置于所述工作物质面形一侧；

所述热辐射微扰源包括安装基板及多个微扰单元，所述多个微扰单元排列方式为插空法，行与行之间的所述微扰单元按照空隙依次排列。

在一些实施例中，所述波前检测模块包括第一分光镜、第二分光镜、聚焦单元、第一二维成像器件以及第二二维成像器件；所述激光光束经所述第一分光镜分束，形成第一透射光及第一反射光，第一透射光被所述第二分光镜分束，形成第二透射光及第二反射光，所述第二反射光进入所述第一二维成像器件，实时检测激光光束的近场能量分布信息；所述第二透射光经过所述聚焦单元聚焦后进入所述第二二维成像器件，得到激光光束的远场信息。

在一些实施例中，所述第一分光镜及所述第二分光镜的前表面均镀有高反膜、后表面均镀有增透膜。

在一些实施例中，所述第一二维成像器件及所述第二二维成像器件是CCD相机或CMOS相机。

在一些实施例中，所述聚焦单元由至少一个透镜构成。

在一些实施例中，所述控制模块通过高速算法对所述近场能量分布信息及远场信息分析计算，根据计算结果控制所述热辐射微扰源的亮度，所述高速算法为遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法或随机并行梯度下降算法中的一种。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：本发明提供的激光器波前畸变校正系统利用分光镜将激光光束的一部分引入波前检测模块,经过分光镜的反射光为激光输出，透射光引入波前检测模块，检测用激光光束再次被分光镜分束，一部分用于实时监测输出光斑的近场能量分布信息，另一部分通过聚焦系统监测光束的远场信息，并通过对激光工作物质施加微扰实现波前畸变校正，对校正光束的输出特性无要求，且微扰源排列方式更改及强度控制灵活度高，可操作性强，达到了校正光要求低、对激光器系统影响小、准确度高的有益效果。

【附图说明】

图1示出了本发明提供的激光波前畸变校正系统的结构示意图；

图2示出了本发明提供的激光前畸变校正系统一个具体实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的思路为：通过波前检测固体激光器所发出的激光的光束信息，对激光光束的光束信息进行分析，以获取激光光束的偏差数据，并通过热辐射微扰源对固体激光器的工作物质进行辐射来引起工作物质的形变，工作物质的形变引起激光光束的改变，从而实现控制固体激光器的激光的畸变校正。

请参阅图1，示出了本发明激光波前畸变校正系统的结构示意图，包括固体激光器100、热辐射微扰源200、波前检测模块300及控制模块400。

具体地，固体激光器100产生激光光束，波前检测模块300对激光光束进行检测，获取激光光束的近场能量分布信息及远场信息。控制模块400对所检测到的激光光束近场能量分布信息及远场信息进行分析，并通过高速算法计算得到激光光束的偏差数据，控制模块400根据偏差数据控制热辐射微扰源200工作，热辐射微扰源200发射相应的热辐射微扰信号到固体激光器100，固体激光器100在热辐射微扰信号的影响下改变激光光束，使得波前畸变得到校正，并通过波前检测模块300检测改变后的激光光束的近场能量分布信息和远场信息来确认波前畸变是否得到校正。

请参阅图2，示出了本发明激光前畸变校正系统一个具体实施例的结构示意图。其中，固体激光器100包括工作物质单元110、第一冷却水层120、第二冷却水层121以及其它单元130。其他单元130包括泵浦源单元、泵浦光整形单元等。工作物质单元110存在可被热辐射微扰源作用的工作物质面形。泵浦源单元发射的泵浦光在泵浦光整形单元的作用下对工作物质单元110的工作物质进行激励，产生激光。

优选的，工作物质单元110中工作物质的截面呈矩形，且为大尺寸面型，冷却水层120、121由激光晶体面及晶体安装机械件间形成的缝隙构成，所有元件都有相应的机械夹持结构，固体激光器工作状态下出射激光。

优选地，固体激光器100还包括冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口分别固定连接于晶体安装机械件上。

优选地，所述泵浦光整形单元位于泵浦光及工作物质之间，由柱透镜、波导等光学元件构成。

微辐射微扰源200包括安装基板210及多个微扰单元220(附图中仅标示出一个微扰单元)。优选的，多个微扰单元220在安装基板210上以插空法形式排列，即行与行之间的微扰单元按照空隙依次排列。微辐射微扰源200置于工作物质单元110的大尺寸面型一侧，以能够对工作物质进行辐射，引起工作物质形变。在固体激光器100工作情况下，通过调节微扰单元220各个单元的亮度，使工作物质相应位置处因受热的不同产生相应的形变,则激光光束在通过形状不均匀的工作物质时会产生相应的波前畸变。此系统通过反馈信息，引入与固体激光器100相反的相位，从而校正波前畸变。

波前检测模块300包括第一分光镜310、第二光分镜311、聚焦单元320、第一二维成像器件331以及第二二维成像器件330。优选地，第一分光镜310及第二分光镜311的前表面均镀有高反膜、后表面均镀有增透膜，分光镜的反射光束的光束质量与透射光束的光束质量一致。

优选地，聚焦单元320可以由单个透镜构成，也可以通过多个透镜的组合构成。

优选地，第一二维成像器件331及第二二维成像器件330可以是CCD相机，或CMOS相机。

本实施例激光波前畸变校正系统的具体工作流程为：固体激光器100的泵浦源单元的泵浦光在泵浦光整形单元的作用下对工作物质单元110的工作物质进行激励，产生激光光束。激光光束进入波前检测模块300，首先激光光束在固体激光器100的出射端被第一分光镜310分束，产生第一反射光和第一透射光，第一反射光作为输出激光，第一透射光则用于波前检测。第一透射光被第二分光镜311再次分束，产生第二透射光及第二反射光，第二透射光被聚焦单元320聚焦后发送给第二二维成像器件330成像，得到激光光束的远场信息；同时第二反射光则直接进入第一二维成像器件331，实时检测激光光束的近场能量分布信息。波前检测模块300将检测到的激光光束信息(激光光束的远场信息及近场能量分布信息)传输给控制模块400，经控制模块400通过高速算法对检测到的近场能量分布信息及远场信息分析计算，并根据计算结果发送控制信号给热辐射微扰源200，热辐射微扰源200接收控制模块400的控制信号，并根据控制信号控制多个微扰单元改变其亮度，固体激光器100的工作物质单元110受到热辐射微扰源200的亮度辐射，引起工作物质不同位置的形变，工作物质不同位置的形变使得激光光束改变，波前检测模块300进一步检测改变后的激光光束的进场能量分布信息及远场信息，从而达到校正波前畸变的目的。

优选地，控制模块400使用的高速算法为遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法或随机并行梯度下降算法中的一种。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案。

Claims (9)

1.一种激光波前畸变校正系统，其特征在于，包括：

固体激光器，用于产生激光光束，所述固体激光器包括工作物质单元，所述工作物质单元存在可被热辐射微扰源作用的工作物质面形；

热辐射微扰源，用于对所述固体激光器的激光光束进行畸变校正；

波前检测模块，用于检测所述固体激光器产生的激光光束的近场能量分布信息及远场信息；

控制模块，用于根据所述波前检测模块检测得到的近场能量分布信息及远场信息，控制所述热辐射微扰源；

所述固体激光器产生激光光束，所述波前检测模块对所述激光光束进行检测，得到激光光束的近场能量分布信息及远场信息，所述控制模块对所述激光光束的近场能量分布信息及远场信息进行分析，并根据分析结果控制所述热辐射微扰源发射热辐射微扰信号给所述固体激光器，所述固体激光器根据所述热辐射微扰信号调整所述激光光束。

2.根据权利要求1所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述固体激光器还包括泵浦源单元、泵浦光整形单元及冷却水层，所述泵浦光整形单元位于泵浦光及所述工作物质单元之间；

所述冷却水层由激光晶体面及晶体安装机械件间形成的缝隙构成；

所述泵浦光整形单元由光学元件构成。

3.根据权利要求2所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述固体激光器还包括冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口分别固定连接于晶体安装机械件上。

4.根据权利要求1所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述热辐射微扰源设置于所述工作物质面形一侧；

所述热辐射微扰源包括安装基板及多个微扰单元，所述多个微扰单元排列方式为插空法，行与行之间的所述微扰单元按照空隙依次排列。

5.根据权利要求1所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述波前检测模块包括第一分光镜、第二分光镜、聚焦单元、第一二维成像器件以及第二二维成像器件；

所述激光光束经所述第一分光镜分束，形成第一透射光及第一反射光，第一透射光被所述第二分光镜分束，形成第二透射光及第二反射光，所述第二反射光进入所述第一二维成像器件，实时检测激光光束的近场能量分布信息；所述第二透射光经过所述聚焦单元聚焦后进入所述第二二维成像器件，得到激光光束的远场信息。

6.根据权利要求5所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述第一分光镜及所述第二分光镜的前表面均镀有高反膜、后表面均镀有增透膜。

7.根据权利要求5所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述第一二维成像器件及所述第二二维成像器件是CCD相机或CMOS相机。

8.根据权利要求5所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述聚焦单元由至少一个透镜构成。

9.根据权利要求1所述的激光波前畸变校正系统，其特征在于，所述控制模块通过高速算法对所述近场能量分布信息及远场信息分析计算，根据计算结果控制所述热辐射微扰源的亮度，所述高速算法为遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法或随机并行梯度下降算法中的一种。