CN112099226A - 一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法，属于激光光束控制技术领域，设定激光束入射光场的频谱分布为
激光束聚焦至物理靶的弹着点并入射到丝靶继续传输，丝靶后激光束近场的频谱分布为
对激光束近场的频域与其反向共轭频域进行反卷积分析处理，反演得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成光束引导，本发明利用激光束空间高频成分与丝靶发生卷积，携带丝靶与激光束焦斑的相对位置信息，通过对经过丝靶后的激光束近场进行频域分析，得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成丝靶的光束引导，可以实现光束最可几能量中心入射到丝靶的精确引导，闭环控制，最大程度保证了引导精度，无特殊辅助设备引入，经济实用。
Description
技术领域
本发明属于激光光束控制技术领域，具体地说涉及一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法。
背景技术
大型高功率激光器是一类复杂的光学系统，其涵盖了光、机、电、控、测、装等多个学科领域，其功能是创造一个极端的物质环境，提供各类物理过程的研究。打靶精度是大型高功率激光器的关键性能指标，关系到物理实验的成败。为保障打靶精度，在每次正式发射前，都需要进行光路准直及光束引导，使所有光束的远场焦点准确会聚到物理靶的弹着点位置。物理靶的瞄准使用靶瞄准定位传感器辅助进行，靶瞄准定位传感器通常由高分辨率定位相机及观察相机组成，物理靶放置于靶瞄定位传感器的中心位置，通过高分辨率相机观察光束焦斑的落点位置，修正光路中的投射反射镜实现光束远场焦斑与弹着点的重合，完成光束引导。根据每个高功率激光器的结构功能不同，靶瞄准定位传感器的设计略有差异，但都存在一个容靶空间限制，即超过该空间的部分，无法进行光束引导。
物理靶中存在一类仅有一根丝的靶，即丝靶，丝靶通常作为实验物理靶的副靶存在，其主要作用是实验物理靶的照明，用于物理过程的精确观察。丝靶的丝通常在百微米量级，一般位于距离主靶50mm附近的位置，最大距离可达100mm远。由于丝靶处于靶瞄准定位传感器容靶空间的边缘位置附近甚至超出容靶空间范围，使用靶传感器难以对光束及丝靶的状态进行观察，且丝靶无法进行光束接收(太细)，即激光束无落点，即使额外设置靶传感器，也无法直接通过传感器进行观察，完成光束引导的工作。
目前，对于仅有一根丝的丝靶的瞄准方法通常为：在丝靶的一端设置一个导光片，先将光束引导到导光片上，使其和丝靶对准，然后，调整光束传输光路中的投射反射镜姿态，使光束移动到丝靶上；或者移动靶支撑架，使丝靶移动到光束中心。但是，无论是移动光束或者是移动靶支撑架都是一个非闭环过程即盲推，无从监视，精度未知，对物理实验造成的影响也未知。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法，包括以下步骤：
S1：设定激光束入射光场的频谱分布为
激光束聚焦至物理靶的弹着点并入射到丝靶继续传输；
S2：丝靶后激光束近场的频谱分布为：
其中，丝靶引入的光场频谱函数为：
S3：激光束近场的频域与其反向共轭频域的反卷积表达式为：
S4：对步骤S3中的反卷积表达式进行分析处理，即可反演得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成光束引导。
进一步，激光束由打靶透镜聚焦至物理靶的弹着点并入射到丝靶继续传输，在丝靶后方光束近场位置放置透镜将激光束准直成平行光。
进一步，激光束远场焦斑是光束经过单透镜傅里叶变换后的频域表征，零频及附近光束能量份额最高。
进一步，当激光束远场焦斑正入射到丝靶时，丝靶会遮挡焦斑中心，零频及附近的主要能量份额被遮挡，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像，一维图像中心呈现两个明显且相接的能量下降峰。
进一步，当激光束远场焦斑偏过丝靶时，丝靶遮挡了焦斑的部分旁瓣，被遮挡部分频域能量缺失，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像，一维图像中呈现两个对称的能量下降峰。
进一步，所述能量下降峰偏离一维图像中心的距离，即激光束远场中心偏离丝靶的距离，调整激光束远场位置，使反卷积处理得到的一维图像中两个能量下降峰无限接近一维图像中心，实现激光束到丝靶的光束引导。
本发明的有益效果是：
利用激光束空间高频成分与丝靶发生卷积，携带丝靶与激光束焦斑的相对位置信息，通过对经过丝靶后的激光束近场进行频域分析，得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成丝靶的光束引导，可以实现光束最可几能量中心入射到丝靶的精确引导，闭环控制，最大程度保证了引导精度，无特殊辅助设备引入，经济实用。
附图说明
图1(a)是激光束远场焦斑正过丝靶的示意图；
图1(b)是激光束远场焦斑正过丝靶时，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像的示意图；
图2(a)是激光束远场焦斑偏过丝靶的示意图；
图2(b)是激光束远场焦斑偏过丝靶时，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像的示意图；
其中，图1(a)和图2(a)中横坐标和纵坐标均表示衍射极限倍数，单位为DL；
图1(b)和图2(b)中横坐标表示衍射极限倍数，单位为DL，纵坐标表示相对幅值。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
经过能量放大的高功率激光束经过长程编组传输后，由打靶透镜聚焦至物理靶的弹着点，由于丝靶仅数十微米，不会遮挡住激光束，因此，激光束入射到丝靶后会继续向后传输，此时，激光束中携带了由丝靶引入的频域信息(即丝靶遮挡导致部分频域能量份额缺失)。在丝靶后方光束近场位置放置透镜将激光束准直成平行光，利用图像传感器接收光束近场的强度信息，对其进行光束近场反卷积分析处理，反演得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成光束引导。
具体的，一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法，包括以下步骤：
S1：设定激光束入射光场的频谱分布为
激光束聚焦至物理靶的弹着点并入射到丝靶继续传输。
S2：丝靶后激光束近场的频谱分布为：
其中，丝靶引入的光场频谱函数为：
b2-b1表示丝靶宽度，k表示斜率，由所述丝靶引入的光场频谱函数可知：激光束被丝靶遮挡后，其频段内的能量份额为零，其余部分通过不受影响。
S3：激光束近场的频域与其反向共轭频域的反卷积表达式为：
S4：对步骤S3中的反卷积表达式进行分析处理，即可反演得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成光束引导，也就是说，发明人采用光束近场反卷积分析实现丝靶的精确光束引导，反卷积分析可反映激光束不同频段的强度分布情况，其频谱分布能量最强的位置即代表了激光束焦斑最可几的中心，而焦斑中心表达的精度高于焦斑形态形心或质心的表达。
具体的：激光束远场焦斑是光束经过单透镜傅里叶变换后的频域表征，零频及附近光束能量份额最高。当激光束远场焦斑正入射到丝靶(即激光束远场焦斑正过丝靶)时，如图1(a)所示，丝靶会遮挡焦斑中心，零频及附近的主要能量份额被遮挡，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像，如图1(b)所示。由于丝靶较细，无法遮挡住焦斑的主要能量分布区，因此，一维图像中心呈现两个明显且相接的能量下降峰。
当激光束远场焦斑偏过丝靶时，如图2(a)所示，丝靶遮挡了焦斑的部分旁瓣，被遮挡部分频域能量缺失，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像，如图2(b)所示。一维图像中可以观测到该频域段内显著的能量下降，表现为两个对称的能量下降峰。所述能量下降峰偏离一维图像中心的距离，即激光束远场中心偏离丝靶的距离，调整激光束远场位置，使反卷积处理得到的一维图像中两个能量下降峰无限接近一维图像中心，实现激光束到丝靶的光束引导。
本发明所述光束引导方法可以实现光束最可几能量中心入射到丝靶的精确引导，闭环控制，最大程度保证了引导精度，无特殊辅助设备引入，经济实用。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (6)
1.一种用于丝靶瞄准的激光束引导方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定激光束入射光场的频谱分布为
激光束聚焦至物理靶的弹着点并入射到丝靶继续传输；
S2：丝靶后激光束近场的频谱分布为：
其中，丝靶引入的光场频谱函数为：
S3：激光束近场的频域与其反向共轭频域的反卷积表达式为：
S4：对步骤S3中的反卷积表达式进行分析处理，即可反演得到激光束与丝靶的相互位置信息，进而完成光束引导。
2.根据权利要求1所述的用于丝靶瞄准的激光束引导方法，其特征在于，激光束由打靶透镜聚焦至物理靶的弹着点并入射到丝靶继续传输，在丝靶后方光束近场位置放置透镜将激光束准直成平行光。
3.根据权利要求1或2所述的用于丝靶瞄准的激光束引导方法，其特征在于，激光束远场焦斑是光束经过单透镜傅里叶变换后的频域表征，零频及附近光束能量份额最高。
4.根据权利要求3所述的用于丝靶瞄准的激光束引导方法，其特征在于，当激光束远场焦斑正入射到丝靶时，丝靶会遮挡焦斑中心，零频及附近的主要能量份额被遮挡，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像，一维图像中心呈现两个明显且相接的能量下降峰。
5.根据权利要求3所述的用于丝靶瞄准的激光束引导方法，其特征在于，当激光束远场焦斑偏过丝靶时，丝靶遮挡了焦斑的部分旁瓣，被遮挡部分频域能量缺失，对激光束近场进行反卷积处理得到一维图像，一维图像中呈现两个对称的能量下降峰。
6.根据权利要求5所述的用于丝靶瞄准的激光束引导方法，其特征在于，所述能量下降峰偏离一维图像中心的距离，即激光束远场中心偏离丝靶的距离，调整激光束远场位置，使反卷积处理得到的一维图像中两个能量下降峰无限接近一维图像中心，实现激光束到丝靶的光束引导。
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|---|---|
| CN (1) | CN112099226B (zh) |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996036983A1 (en) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Richard Jenkin A | Optical transceiver |
| US20030226951A1 (en) * | 2002-06-07 | 2003-12-11 | Jun Ye | System and method for lithography process monitoring and control |
| WO2011066164A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | Physical Optics Corporation | Optical impact control system |
| CN103326795A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-25 | 中国科学院半导体研究所 | 基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法 |
| WO2014066906A1 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Varian Medical Systems, Inc. | Nir image guided targeting |
| CN105510032A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 西安交通大学 | 基于谐躁比指导的解卷积方法 |
| US20160302295A1 (en) * | 2013-03-14 | 2016-10-13 | Board Of Regents Of The University Of Nebraska-Lincoln | Method of aligning a laser-based radiation source |
| US20170163961A1 (en) * | 2014-02-06 | 2017-06-08 | Bar Ilan University | System and method for imaging with pinhole arrays |
| CN107424889A (zh) * | 2012-02-28 | 2017-12-01 | X射线光学系统公司 | 具有使用多材料x射线管阳极和单色光学装置产生的多激励能带的x射线分析器 |
| CN107871430A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-03 | 天津良益科技有限公司 | 一种卷积定理光学实验仪 |
| CN108155079A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-06-12 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 用于扫描电子显微镜中的x射线靶组件 |
| CN108562599A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-21 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于激光产生x射线成像的高分辨及高亮度照相装置 |
| CN109164120A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种高时间分辨软x射线能谱仪 |
| CN110109224A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-09 | 深圳技术大学 | 一种基于导光板的激光阵列无线能量传输系统 |
| CN111336998A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-26 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种高功率激光束弹着点误差的检测方法 |
-
2020
- 2020-03-06 CN CN202010149960.XA patent/CN112099226B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996036983A1 (en) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Richard Jenkin A | Optical transceiver |
| US20030226951A1 (en) * | 2002-06-07 | 2003-12-11 | Jun Ye | System and method for lithography process monitoring and control |
| WO2011066164A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | Physical Optics Corporation | Optical impact control system |
| CN107424889A (zh) * | 2012-02-28 | 2017-12-01 | X射线光学系统公司 | 具有使用多材料x射线管阳极和单色光学装置产生的多激励能带的x射线分析器 |
| WO2014066906A1 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Varian Medical Systems, Inc. | Nir image guided targeting |
| US20160302295A1 (en) * | 2013-03-14 | 2016-10-13 | Board Of Regents Of The University Of Nebraska-Lincoln | Method of aligning a laser-based radiation source |
| CN103326795A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-25 | 中国科学院半导体研究所 | 基于时间-频谱卷积原理的宽带射频信号相关检测方法 |
| US20170163961A1 (en) * | 2014-02-06 | 2017-06-08 | Bar Ilan University | System and method for imaging with pinhole arrays |
| CN105510032A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 西安交通大学 | 基于谐躁比指导的解卷积方法 |
| CN108155079A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-06-12 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 用于扫描电子显微镜中的x射线靶组件 |
| CN107871430A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-03 | 天津良益科技有限公司 | 一种卷积定理光学实验仪 |
| CN108562599A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-21 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于激光产生x射线成像的高分辨及高亮度照相装置 |
| CN109164120A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种高时间分辨软x射线能谱仪 |
| CN110109224A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-09 | 深圳技术大学 | 一种基于导光板的激光阵列无线能量传输系统 |
| CN111336998A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-26 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种高功率激光束弹着点误差的检测方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| FANG WANG,ET AL.: "Research of the image restoration algorithm based on boundary pre-processing in the space domain and fast computing in the frequency domain", 《PROCEEDINGS OF SPIE》 * |
| NAKAJIMA HIROAKI,ET AL.: "Divergence-Free Transport of Laser-Produced Fast Electrons Along a Meter-Long Wire Target.", 《PHYSICAL REVIEW LETTERS》 * |
| 余金清等: "激光-纳米丝靶相互作用过程中超热电子的加热机理研究", 《物理学报》 * |
| 俞能杰等: "基于CT算法的旋转多丝靶二维束剖面测量", 《高能物理与核物理》 * |
| 唐永建等: "激光等离子实验中的低能X射线时间谱解谱方法", 《强激光与粒子束》 * |
| 康建毅等: "激光测量子弹速度研究", 《激光与红外》 * |
| 高世杰等: "大气激光通信光斑图像的快速复原与实时检测", 《光学精密工程》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112099226B (zh) | 2022-02-08 |
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