CN108873360B - 一种高能脉冲激光外整形光路系统 - Google Patents

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Abstract

一种高能脉冲激光外整形光路系统属激光燃烧诊断技术领域，本发明中偏振系统、环腔1、环腔2、激光能量测量系统、激光器系统和聚焦光学器置同一光学平台上；偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ、偏振片、起偏器和环腔1中45度分束镜Ⅰ、45度反射镜的中心在同一条前后直线上；环腔1中45度反射镜和环腔2中45度分束镜、45度反射镜Ⅳ的中心在同一条前后直线上；激光器系统1的激光出射口与偏振系统中45度反射镜Ⅰ的中心在同一条左右直线上；环腔2中凹面聚焦镜Ⅱ、45度分束镜Ⅱ、激光能量测量系统中光束取样器和聚焦光学器的中心在同一条左右直线上；本发明能将高能脉冲激光的高峰值功率和窄脉宽半高宽变为低峰值功率和宽的高能脉冲激光。

Description

一种高能脉冲激光外整形光路系统
技术领域
本发明属激光燃烧诊断技术领域，具体涉及一种高能脉冲激光外整形光路系统。
背景技术
通过激光自发拉曼散射光谱测量技术，可以实现复杂燃烧场环境下的主要组分（氮气、氧气、二氧化碳、碳氢燃料、氢气、一氧化碳等）、组分浓度（摩尔分数）和区域温度的检测，并具有测量的非接触性、多物种测量同步性、定量性及时间（纳秒级）和空间（毫米级）的分辨能力，目前已经广泛应用于如发动机燃烧室内或某封闭的或大气环境下的各种燃烧体系中。由于气态物种的分子数密度较液态和固态物质的小的多，一般选用高能脉冲激光器出射的激光作为激发光源。可是，这种激光器的激光一般具有高的峰值功率（大于0.4GW吉瓦）和窄的激光脉宽半高宽（FWHM），用它去激发气体时会造成气体裂解、点燃可燃气体和损毁密封用是石英窗口，而严重影响或不能完成气体拉曼光谱测量，所以需采用激光外整形光路将峰值功率降到小于0.02GW才能进行正常实验。
目前一般采用激光脉冲展宽器来实现降低激光峰值功率的目的。在这个激光外整形光路中激光需要经过10米到20米的光程后才能到达被激发区域，可是由于高能脉冲激光器的激光发散角（大于0.8mrad（毫弧度））的存在，会造成激光在激光外整形光路内和到达激发区时会形成一个超过原激光光斑直径约2~5倍的大光斑直径，使得在调整光路中的各个镜架位置以达到准直激光光路的工作时造成困难，甚至达不到展宽设计的要求。为了避免损坏激光外整形光路中的光学镜面和损伤实验人员的眼睛，一般在预先调整激光外整形光路时需使用低能量的激光，但由于激光器在高能量和低能量下出射的激光的特性存在差异，当使用高能量激光进行实验时，在激发区域又存在激发区域的空间分辨率低的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高能脉冲激光外整形光路系统，首先让激光器出射实验用的高能量脉冲激光，再利用激光的偏振特将激光能量减小到可以调试光路的低的能量上，之后这个低能量脉冲激光分别进入到两个环腔中完成激光整形。在每个环腔中通过一个凹面球形聚焦镜保持激光在接下来的光路上的光斑直径不会变大，将原高能脉冲激光的高峰值功率和窄FWHM变为低峰值功率和宽的FWHM。最后经过点或线或面聚焦光学器，在燃烧场环境中完成激光拉曼散射成像和物种摩尔分数和区域温度测量。
本发明由偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ、环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ、激光器系统1和聚焦光学器2组成，偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ、环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ、激光器系统1和聚焦光学器2 置于同一光学平台上；偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ和环腔2 Ⅲ自前至后顺序排列，其中偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5和环腔1Ⅱ中45度分束镜Ⅰ11 、45度反射镜Ⅲ8的中心在同一条前后直线上。环腔1Ⅱ中45度反射镜Ⅱ7和环腔2 Ⅲ中45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14的中心在同一条前后直线上。激光器系统1置于偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3的正左方，激光器系统1的激光出射口与偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3的中心在同一条左右直线上。环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ和聚焦光学器2自右至左顺序排列，其中环腔2 Ⅲ中凹面聚焦镜Ⅱ15、45度分束镜Ⅱ13、激光能量测量系统Ⅳ中光束取样器16和聚焦光学器2的中心在同一条左右直线上。
所述的偏振系统Ⅰ由45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5和激光收集器6组成，45度反射镜Ⅰ3、偏振片4和起偏器5自前至后顺序排列， 45度反射镜Ⅰ3、偏振片4和起偏器5的中心在同一条前后直线上；45度反射镜Ⅰ3的镀膜工作面朝正左后方，偏振片4的镀膜工作面朝正前方，起偏器5的镀膜工作面朝正右前方；激光收集器6置于起偏器5的正右方，激光收集器6和起偏器5的中心在同一条左右直线上。
所述的环腔1Ⅱ由45度反射镜Ⅱ7、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10、45度分束镜Ⅰ11和0度反射镜Ⅱ12组成，45度反射镜Ⅱ7、45度分束镜Ⅰ11和0度反射镜Ⅰ10自左至右顺序排列，45度反射镜Ⅱ7、45度分束镜Ⅰ11和0度反射镜Ⅰ10的中心在同一条左右直线上。45度反射镜Ⅲ8置于45度分束镜Ⅰ11的正后方，45度反射镜Ⅲ8和45度分束镜Ⅰ11的中心在同一条前后直线上；凹面聚焦镜Ⅰ9置于45度反射镜Ⅲ8的正右方，凹面聚焦镜Ⅰ9和45度反射镜Ⅲ8的中心在同一条左右直线上。0度反射镜Ⅱ12置于45度反射镜Ⅲ8和45度分束镜Ⅰ11之间的正右方、凹面聚焦镜Ⅰ9和0度反射镜Ⅰ10之间的正左方。
45度反射镜Ⅱ7和45度分束镜Ⅰ11均按右前左后方向放置，45度反射镜Ⅲ8按左前右后方向放置。45度反射镜Ⅱ7镀膜工作面朝右下方， 45度反射镜Ⅲ8镀膜工作面朝右上方，凹面聚焦镜Ⅰ9镀膜工作面朝正左方，0度反射镜Ⅰ10镀膜工作面朝正左方，45度分束镜Ⅰ11镀膜工作面朝右下方， 0度反射镜Ⅱ12镀膜工作面朝正右方。
所述的环腔2Ⅲ由45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14和凹面聚焦镜Ⅱ15组成，45度分束镜Ⅱ13和45度反射镜Ⅳ14前后排列，45度分束镜Ⅱ13和45度反射镜Ⅳ14的中心在一条前后直线上。45度分束镜Ⅱ13和凹面聚焦镜Ⅱ15左右排列，45度分束镜Ⅱ13和凹面聚焦镜Ⅱ15的中心在一条左右直线上。45度分束镜Ⅱ13按右前左后方向放置，其镀膜工作面朝正左前方；45度反射镜Ⅳ14按左前右后方向放置，其镀膜工作面朝正右前方；凹面聚焦镜Ⅱ15的镀膜工作面朝正左方。
所述的激光能量测量系统Ⅳ由光束取样器16和能量计17组成，光束取样器16按左后右前方向放置，其镀膜工作面朝右后方。能量计17置于光束取样器16的右后方，光束取样器16和能量计17的中心在一条直线上，此直线与左右水平线成45度角。激光束A a、激光束Bb、激光束Cc激光束Dd、激光束Ee、激光束Ff、激光束Gg、激光束Hh、激光束Ii、激光束Jj、激光束Kk、激光束Ll、激光束Mn、激光束Nn、激光束Oo、激光束Pp、激光束Qq在同一水平面内。
从激光器系统1激光出射口射出的激光束Aa自左至右以45度入射角在左右水平方向上入射到45度反射镜Ⅰ3的镀膜工作面的中心，再以45度反射角反射形成激光束Bb。激光束Bb穿过偏振片4的中心后按照45度入射角入射到起偏器5的中心。激光束Bb的一部分光束按照45度反射角形成激光束Dd，并射向激光收集器6的入口，激光束Bb余下另一部分光束穿过起偏器5形成激光束Cc。激光束Bb、激光束Cc和激光束Gg自正前至正后在一条直线上。
环腔Ⅱ1由45度反射镜Ⅱ7、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10、45度分束镜Ⅰ11、0度反射镜Ⅱ12、激光束Cc、激光束Ee、激光束Ff、激光束Gg、激光束H h、激光束Ii、激光束Jj和激光束Kk组成。45度分束镜Ⅰ11分别置于45度反射镜Ⅱ7的正右方、置于0度反射镜Ⅰ10的正左方、置于45度反射镜Ⅲ8的正前方和置于起偏器5正后方。凹面聚焦镜Ⅰ9分别置于45度反射镜Ⅲ8的正右方、置于0度反射镜Ⅰ10的正后方。0度反射镜Ⅱ12分别置于激光束Gg的正右方、置于凹面聚焦镜Ⅰ9和0度反射镜Ⅰ10左方。45度反射镜Ⅱ7和45度分束镜Ⅰ11均按右前左后方向放置，45度反射镜Ⅲ8按左前右后方向放置。
激光束Cc按45度入射角入射到45度分束镜Ⅰ11的镀膜工作面的中心，激光束Cc的一部分光束穿过45度分束镜Ⅰ11形成自前至后激光束Gg，激光束Cc余下的另一部分光束按45度反射，形成自右至左的水平激光束Ee。激光束Gg按45度入射角入射到45度反射镜Ⅲ8的镀膜工作面的中心，再按45度反射角反射形成激光束Hh。激光束Hh按0度入射角入射到凹面聚焦镜Ⅰ9的镀膜工作面的中心，再按0度反射角反射形成激光束Ii。激光束Ii按0度入射角入射到0度反射镜Ⅱ12的镀膜工作面的中心，再按0度反射角反射形成激光束Jj。激光束Jj按0度入射角入射到0度反射镜Ⅰ10的镀膜工作面的中心，再按0度反射角反射形成激光束Kk。激光束Kk按45度入射角入射到45度分束镜Ⅰ11的镀膜工作面的中心，激光束Kk的一部分穿过45度分束镜Ⅰ11的镀膜工作面的中心形成激光束Ee，激光束Kk和激光束Ee在同一条自正右至正左方向的直线上，激光束Kk余下的另一部分光束按45度反射角反射形成新的激光束Gg。激光束Gg在由45度分束镜Ⅰ11、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10和0度反射镜Ⅱ12组成的环腔内中循环n次，并形成n个新的激光束Ee。激光束Ee按45度入射角入射到45度反射镜Ⅱ7的镀膜工作面的中心，再按45度反射角反射形成激光束Ff。n个激光束Ee形成对应的n个激光束Ff。凹面聚焦镜Ⅰ9分别将n个激光束Hh聚焦，焦点在激光束Ff线的中心上，保证第n个激光束Ff的发散角不大于激光束Aa的发散角。
环腔Ⅲ2中激光束Ff按45度入射角入射到45度分束镜Ⅱ13的镀膜工作面的中心，激光束Ff的一部分光束按45度反射角反射形成激光束Ll，激光束Ff余下的另一部分光束穿过45度分束镜Ⅱ13的镀膜工作面的中心形成激光束Mm，激光束Ff和激光束Mm在同一条自前至后的直线上。激光束Mm按45度入射角入射到45度反射镜Ⅳ14镀膜工作面的中心，再按45度反射角反射形成激光束Nn。激光束Nn按0度入射角入射到凹面聚焦镜Ⅱ15的镀膜工作面中心，在按0度反射角反射形成激光束Oo。激光束Oo按45度入射角入射到45度分束镜Ⅱ13的镀膜工作面的中心，激光束Oo的一部分光束穿过45度分束镜Ⅱ13的镀膜工作面的中心形成激光束Ll，激光束Oo余下的另一部分光束按45度反射角反射形成新的激光束Mm。激光束Mm在由45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14和凹面聚焦镜Ⅱ15 组成的环腔内循环n次，并形成n个激光束Ll。激光束Oo和激光束Ll在同一条自右向左的直线上。n个激光束Ff形成n个激光束Ll。凹面聚焦镜Ⅱ15将激光束Nn聚焦，焦点在激光束Pp线的中心，保证第n个激光束Ll的发散角不大于激光束Aa的发散角。激光能量测量系统Ⅳ中激光束Ll按45度入射角入射到光束取样器16的镀膜工作面的中心，激光束Ll的一部分光束按45度反射角反射形成激光束Qq，激光束Ll余下的另一部分穿过光束取样器16的镀膜工作面的中心形成激光束Pp。激光束Qq射入能量计17，完成激光能量监测。激光束Ll射入聚焦光学器2的入口中，形成激发光束。激发光束在燃烧场环境激发出拉曼散射光信号，在由拉曼光谱系统完成气态物种的组分、组分浓度和温度的检测。
本发明能实现将原高能脉冲激光的高峰值功率和窄脉宽半高宽（FWHM）变为低峰值功率和宽FWHM的高能脉冲激光。
附图说明
图1为一种高能脉冲激光外整形光路系统的结构示意图
图2为偏振系统Ⅰ的结构示意图
图3为环腔Ⅱ1的结构示意图
图4为环腔Ⅲ2的结构示意图
图5为激光能量测量系统Ⅳ的结构示意图
图6为激光外整形时序图
其中：Ⅰ.偏振系统 Ⅱ.环腔1 Ⅲ.环腔2 Ⅳ.激光能量测量系统 1.激光器系统 2.聚焦光学器 3. 45度反射镜Ⅰ 4.偏振片 5.起偏器 6.激光收集器 7. 45度反射镜Ⅱ 8.45度反射镜Ⅲ 9.凹面聚焦镜Ⅰ 10. 0度反射镜Ⅰ 11. 45度分束镜Ⅰ 12. 0度反射镜Ⅱ 13.45度分束镜Ⅱ 14. 45度反射镜Ⅳ 15.凹面聚焦镜Ⅱ 16.光束取样器 17.能量计 a.激光束A b.激光束B c.激光束C d.激光束D e.激光束E f.激光束F g.激光束G h.激光束H i.激光束I j.激光束J k.激光束K l.激光束L m.激光束M n.激光束N o.激光束O p.激光束Pq.激光束Q
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行描述。
如图1所示，本发明由偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ、环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ、激光器系统1和聚焦光学器2组成，偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ、环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ、激光器系统1和聚焦光学器2 置于同一光学平台上。偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ和环腔2 Ⅲ自前至后顺序排列，其中偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5和环腔1Ⅱ中45度分束镜Ⅰ11 、45度反射镜Ⅲ8的中心在同一条前后直线上。环腔1Ⅱ中45度反射镜Ⅱ7和环腔2 Ⅲ中45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14的中心在同一条前后直线上。激光器系统1置于偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3的正左方，激光器系统1的激光出射口与偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3的中心在同一条左右直线上。环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ和聚焦光学器2自右至左顺序排列，其中环腔2 Ⅲ中凹面聚焦镜Ⅱ15、45度分束镜Ⅱ13、激光能量测量系统Ⅳ中光束取样器16和聚焦光学器2的中心在同一条左右直线上。
如图2所示，所述的偏振系统Ⅰ由45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5和激光收集器6组成，45度反射镜Ⅰ3、偏振片4和起偏器5自前至后顺序排列， 45度反射镜Ⅰ3、偏振片4和起偏器5的中心在同一条前后直线上；45度反射镜Ⅰ3的镀膜工作面朝正左后方，偏振片4的镀膜工作面朝正前方，起偏器5的镀膜工作面朝正右前方；激光收集器6置于起偏器5的正右方，激光收集器6和起偏器5的中心在同一条左右直线上。
如图3所示，所述的环腔1Ⅱ由45度反射镜Ⅱ7、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10、45度分束镜Ⅰ11和0度反射镜Ⅱ12组成，45度反射镜Ⅱ7、45度分束镜Ⅰ11和0度反射镜Ⅰ10自左至右顺序排列，45度反射镜Ⅱ7、45度分束镜Ⅰ11和0度反射镜Ⅰ10的中心在同一条左右直线上。45度反射镜Ⅲ8置于45度分束镜Ⅰ11的正后方，45度反射镜Ⅲ8和45度分束镜Ⅰ11的中心在同一条前后直线上；凹面聚焦镜Ⅰ9置于45度反射镜Ⅲ8的正右方，凹面聚焦镜Ⅰ9和45度反射镜Ⅲ8的中心在同一条左右直线上。0度反射镜Ⅱ12置于45度反射镜Ⅲ8和45度分束镜Ⅰ11之间的正右方、凹面聚焦镜Ⅰ9和0度反射镜Ⅰ10之间的正左方。45度反射镜Ⅱ7和45度分束镜Ⅰ11均按右前左后方向放置，45度反射镜Ⅲ8按左前右后方向放置。45度反射镜Ⅱ7镀膜工作面朝右下方，45度反射镜Ⅲ8镀膜工作面朝右上方，凹面聚焦镜Ⅰ9镀膜工作面朝正左方，0度反射镜Ⅰ10镀膜工作面朝正左方，45度分束镜Ⅰ11镀膜工作面朝右下方， 0度反射镜Ⅱ12镀膜工作面朝正右方。
如图4所示，所述的环腔2Ⅲ由45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14和凹面聚焦镜Ⅱ15组成，45度分束镜Ⅱ13和45度反射镜Ⅳ14前后排列，45度分束镜Ⅱ13和45度反射镜Ⅳ14的中心在一条前后直线上。45度分束镜Ⅱ13和凹面聚焦镜Ⅱ15左右排列，45度分束镜Ⅱ13和凹面聚焦镜Ⅱ15的中心在一条左右直线上。45度分束镜Ⅱ13按右前左后方向放置，其镀膜工作面朝正左前方；45度反射镜Ⅳ14按左前右后方向放置，其镀膜工作面朝正右前方；凹面聚焦镜Ⅱ15的镀膜工作面朝正左方。
如图5所示，所述的激光能量测量系统Ⅳ由光束取样器16和能量计17组成，光束取样器16按左后右前方向放置，其镀膜工作面朝右后方。能量计17置于光束取样器16的右后方，光束取样器16和能量计17的中心在一条直线上，此直线与左右水平线成45度角。
本发明的工作过程和要求如下：
将激光器系统1、45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5、激光收集器6、45度反射镜Ⅱ7、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10、45度分束镜Ⅰ11、0度反射镜Ⅱ12、45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14、凹面聚焦镜Ⅱ15、光束取样器16、能量计17和聚焦光学器2先安装固定在各自的支架或镜架上，再均置于同一光学平台上。激光器系统1置于偏振系统Ⅰ的左方。环腔Ⅱ1分别置于偏振系统Ⅰ的后方和置于环腔Ⅲ2的前方。激光能量测量系统Ⅳ分别置于环腔Ⅲ2的左方和置于聚焦光学器2的右方。偏振系统Ⅰ中的45度反射镜Ⅰ3置于激光器系统1激光出射口的正右方，偏振片4置于45度反射镜Ⅰ3的正后方，起偏器5置于偏振片4的正后方，激光收集器6置于起偏器5的正右方。45度反射镜Ⅰ3和起偏器5均按照左前右后的方向放置。45度反射镜Ⅰ3的镀膜工作面朝向正左后方，偏振片的镀膜工作面朝向正前方，起偏器5的镀膜工作面朝向正右前方。45度分束镜Ⅰ11分别置于45度反射镜Ⅱ7的正右方、置于0度反射镜Ⅰ10的正左方、置于45度反射镜Ⅲ8的正前方和置于起偏器5正后方。凹面聚焦镜Ⅰ9分别置于45度反射镜Ⅲ8的正右方、置于0度反射镜Ⅰ10的正后方。0度反射镜Ⅱ12分别置于激光束Gg的正右方、置于凹面聚焦镜Ⅰ9和0度反射镜Ⅰ10左方。45度反射镜Ⅱ7和45度分束镜Ⅰ11均按右前左后方向放置，45度反射镜Ⅲ8按左前右后方向放置。45度分束镜Ⅱ13分别置于45度反射镜Ⅱ7的正后方、置于凹面聚焦镜Ⅱ15的正左方和置于45度反射镜Ⅳ14的正前方。45度分束镜Ⅱ13按右前左后方向放置，其镀膜工作面朝向正左前方。45度反射镜Ⅳ14按左前右后方向放置，其镀膜工作面朝向正右前方。凹面聚焦镜Ⅱ15的镀膜工作面朝向正左方。能量计17置于光束取样器16的正右后方。
初步调整各光学器件中心高度：使得激光器系统1的激光出口、45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5、激光收集器6的入口、45度反射镜Ⅱ7、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10、45度分束镜Ⅰ11、0度反射镜Ⅱ12、45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14、凹面聚焦镜Ⅱ15、光束取样器16、能量计17和聚焦光学器2的入口的中心在同一水平面内。
激光器系统1通电并预热，设置旋钮位置和参数序。
精确调整各光学器件中心多维度位置：激光器系统1出射调试用的实验用的最大能量的532nm（纳米）可见光激光束Aa，微调偏振系统Ⅰ、环腔Ⅱ1、环腔Ⅲ2、激光能量测量系统Ⅳ和聚焦光学器2中的所有设备和镜架的高度、左右和前后位置、倾角和俯仰的角度位置，保证激光束Aa、激光束Bb、激光束Cc、激光束Dd、激光束Ee、激光束Ff、激光束Gg、激光束Hh、激光束Ii、激光束Jj、激光束Kk、激光束Ll、激光束Mm、激光束Nn、激光束Oo、激光束Pp、激光束Qq同轴并在同一水平面内。
测量实际燃烧场环境下的激光自发振动拉曼散射光谱：将激光器系统1、拉曼散射测量系统设置到测量功能模式下。按照图6所示的激光外整形时序图，在燃烧场环境下完成各物种组分、组分摩尔分数和区域温度的测试。
实施例：
如图1所示，激光器系统1为白俄罗斯LOTIS TII公司的LS2137型激光器系统，其出射532nm（纳米）激光束Aa，其激光光斑直径约为8mm（毫米），激光发散角为0.8mrad，脉宽半高宽（FWHM）约为7ns（纳秒），频率为10Hz赫兹，实验激光能量E为420mJ毫焦。
45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5、激光收集器6、45度反射镜Ⅱ7、45度反射镜Ⅲ8、凹面聚焦镜Ⅰ9、0度反射镜Ⅰ10、45度分束镜Ⅰ11、0度反射镜Ⅱ12、45度分束镜Ⅱ13、 45度反射镜Ⅳ14和凹面聚焦镜Ⅱ15均选购于白俄罗斯LOTIS TII公司，均为532nm表面增强镀膜。凹面聚焦镜Ⅰ9的焦距为3米，凹面聚焦镜Ⅱ15的焦距为5米。45度分束镜Ⅰ11和45度分束镜Ⅱ13的分束比均为40%反射和60%透射。
光束取样器16和能量计17为加拿大gentec-eo公司的QED12衰减片、QE12LP-H-MB探头和solo2表头。
聚焦光学器2和激光收集镜6均为自制。
激光束Aa的长度为200mm，激光束Bb的长度为200mm，激光束Cc的长度为100mm，激光束Gg的长度为350mm，激光束Hh和激光束Kk的长度均为1000mm，激光束Ii和激光束Jj的长度均为800mm，激光束Ee的长度为100mm，激光束Ff的长度为100mm，激光束Mm的长度为200mm，激光束Nn的长度为1100mm，激光束Oo的长度为1000mm，激光束Ll和激光束Pp的长度均为100mm。
如图6所示，其中：A为激光束Aa的时域波形，峰值功率为0.06GW，FWHM为7ns；B为激光束Ff的时域波形，峰值功率为0.03GW；C为激光束Pp的时域波形，峰值功率为0.02GW,FWHM为35ns。A1激光束Aa、激光束Ff和激光束Pp的频率，取10Hz；B1为n个激光束Ff脉冲，取10。

Claims (5)

1.一种高能脉冲激光外整形光路系统，其特征在于，由偏振系统(Ⅰ)、环腔1(Ⅱ)、环腔2(Ⅲ)、激光能量测量系统(Ⅳ)、激光器系统(1)和聚焦光学器(2)组成，偏振系统(Ⅰ)、环腔1(Ⅱ)、环腔2 (Ⅲ)、激光能量测量系统(Ⅳ)、激光器系统(1)和聚焦光学器(2) 置于同一光学平台上；偏振系统(Ⅰ)、环腔1(Ⅱ)和环腔2 (Ⅲ)自前至后顺序排列，其中偏振系统(Ⅰ)中45度反射镜Ⅰ(3)、偏振片(4)、起偏器(5)和环腔1(Ⅱ)中45度分束镜Ⅰ(11) 、45度反射镜Ⅲ(8)的中心在同一条前后直线上；环腔1(Ⅱ)中45度反射镜Ⅱ(7)和环腔2 (Ⅲ)中45度分束镜Ⅱ(13)、45度反射镜Ⅳ(14)的中心在同一条前后直线上；激光器系统(1)置于偏振系统(Ⅰ)中45度反射镜Ⅰ(3)的正左方，激光器系统(1)的激光出射口与偏振系统(Ⅰ)中45度反射镜Ⅰ(3)的中心在同一条左右直线上；环腔2 (Ⅲ)、激光能量测量系统(Ⅳ)和聚焦光学器(2)自右至左顺序排列，其中环腔2 (Ⅲ)中凹面聚焦镜Ⅱ(15)、45度分束镜Ⅱ(13)、激光能量测量系统(Ⅳ)中光束取样器(16)和聚焦光学器(2)的中心在同一条左右直线上。
2. 按权利要求1所述的高能脉冲激光外整形光路系统，其特征在于：所述的偏振系统(Ⅰ)由45度反射镜Ⅰ(3)、偏振片(4)、起偏器(5)和激光收集器(6)组成，45度反射镜Ⅰ(3)、偏振片(4)和起偏器(5)自前至后顺序排列， 45度反射镜Ⅰ(3)、偏振片(4)和起偏器(5)的中心在同一条前后直线上；45度反射镜Ⅰ(3)的镀膜工作面朝正左后方，偏振片(4)的镀膜工作面朝正前方，起偏器(5)的镀膜工作面朝正右前方；激光收集器(6)置于起偏器(5)的正右方，激光收集器(6)和起偏器(5)的中心在同一条左右直线上。
3.按权利要求1所述的高能脉冲激光外整形光路系统，其特征在于：所述的环腔1(Ⅱ)由45度反射镜Ⅱ(7)、45度反射镜Ⅲ(8)、凹面聚焦镜Ⅰ(9)、0度反射镜Ⅰ(10)、45度分束镜Ⅰ(11)和0度反射镜Ⅱ(12)组成，45度反射镜Ⅱ(7)、45度分束镜Ⅰ(11)和0度反射镜Ⅰ(10)自左至右顺序排列，45度反射镜Ⅱ(7)、45度分束镜Ⅰ(11)和0度反射镜Ⅰ(10)的中心在同一条左右直线上；45度反射镜Ⅲ(8)置于45度分束镜Ⅰ(11)的正后方，45度反射镜Ⅲ(8)和45度分束镜Ⅰ(11)的中心在同一条前后直线上；凹面聚焦镜Ⅰ(9)置于45度反射镜Ⅲ(8)的正右方，凹面聚焦镜Ⅰ(9)和45度反射镜Ⅲ(8)的中心在同一条左右直线上；0度反射镜Ⅱ(12)置于45度反射镜Ⅲ(8)和45度分束镜Ⅰ(11)之间的正右方、凹面聚焦镜Ⅰ(9)和0度反射镜Ⅰ(10)之间的正左方；45度反射镜Ⅱ(7)和45度分束镜Ⅰ(11)均按右前左后方向放置，45度反射镜Ⅲ(8)按左前右后方向放置；45度反射镜Ⅱ(7)镀膜工作面朝右下方；45度反射镜Ⅲ(8)镀膜工作面朝右上方；凹面聚焦镜Ⅰ(9)镀膜工作面朝正左方；0度反射镜Ⅰ(10)镀膜工作面朝正左方；45度分束镜Ⅰ(11)镀膜工作面朝右下方；0度反射镜Ⅱ(12)镀膜工作面朝正右方。
4.按权利要求1所述的高能脉冲激光外整形光路系统，其特征在于：所述的环腔2(Ⅲ)由45度分束镜Ⅱ(13)、45度反射镜Ⅳ(14)和凹面聚焦镜Ⅱ(15)组成，45度分束镜Ⅱ(13)和45度反射镜Ⅳ(14)前后排列，45度分束镜Ⅱ(13)和45度反射镜Ⅳ(14)的中心在一条前后直线上；45度分束镜Ⅱ(13)和凹面聚焦镜Ⅱ(15)左右排列，45度分束镜Ⅱ(13)和凹面聚焦镜Ⅱ(15)的中心在一条左右直线上；45度分束镜Ⅱ(13)按右前左后方向放置，其镀膜工作面朝正左前方；45度反射镜Ⅳ(14)按左前右后方向放置，其镀膜工作面朝正右前方；凹面聚焦镜Ⅱ(15)的镀膜工作面朝正左方。
5.按权利要求1所述的高能脉冲激光外整形光路系统，其特征在于：所述的激光能量测量系统(Ⅳ)由光束取样器(16)和能量计(17)组成，光束取样器(16)按左后右前方向放置，其镀膜工作面朝右后方；能量计(17)置于光束取样器(16)的右后方，光束取样器(16)和能量计(17)的中心在一条直线上，此直线与左右水平线成45度角。
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