CN112415763B - 高功率激光系统中的级联自准直装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率激光系统中的级联自准直装置，该装置按高功率激光系统中的光路校正级可分解为一级远近场光路校正级和两级远场光路校正级。基于“两点确立一条直线”和“光路可逆”原理，该装置在整体结构上秉承“单近场多远场”的监测模式，在逻辑判断上以高功率激光系统全光路中的所有校正级为统一整体，通过沿主光路光束传输的逆方向依次判定各光路校正级的校正需求，有针对性地执行校正，保证了高功率激光系统终端输出光束的指向稳定性和全光路的自动准直，解决了目前高功率激光系统光束抖动性较大和稳定性较差等问题，具有完全代替人工调节全光路指向、结构简单、灵活性高、可拓展性大、实用性强、稳定性高、校正效率和精度高等特点。

Description

高功率激光系统中的级联自准直装置

技术领域

本发明涉及光学控制装置和大型高功率脉冲激光系统领域，特别涉及一种高功率激光系统中的级联自准直装置，可通用于需要全光路自动准直且需要保证终端输出光束指向稳定性的各类具有较低重复频率、较大光束口径、较长且复杂光路的高功率激光系统。

背景技术

随着激光技术和光学元器件生长技术的发展，大型高功率脉冲激光系统的光路长度和复杂程度、输出能量、光束口径等均逐渐增加，从而提升了对激光能量、脉冲宽度和光束空间指向稳定性等指标的控制需求。在许多诸如质子加速、激光尾波场电子加速等基于高功率激光系统聚焦打靶的强场激光物理实验中，激光光束空间指向稳定性所扮演的角色也越来越重要。然而，高功率激光系统所处环境的温度变化、实验平台震动、空气扰动以及高功率激光系统内部的机械应力结构形变、激光放大晶体的热致折射率变化等因素严重影响着激光系统输出光束的指向稳定性，这些因素对具有较长光路的大型高功率脉冲激光系统的影响尤其明显。因此，在大型高功率脉冲激光系统中，激光光束自动准直装置已成为必不可少的重要组成部分。为了确保高功率激光系统每次运行时，从振荡器输出的种子光经预放大器、主放大器、倍频器等模块能够稳定且精准地传输至靶室并聚焦辐照到微米量级大小的靶丸上，大型高功率脉冲激光系统均配置了激光光束自准直装置。在此类大型低重复频率高功率脉冲激光系统中，一般采用多个传统单级“两点一线”自准直装置依次顺序排列并同时运行的自准直结构，每个传统自准直装置的运行模式均是由两个CCD探测器测量近场和远场位置，然后用两个电动控制镜架来校正光路的近场线偏移量和远场角偏移量。这种多个传统单级“两点一线”自准直装置依次顺序排列的结构对于大型高功率脉冲激光系统而言，不仅复杂而且全光路校正效率低，对激光系统终端输出光束空间指向稳定性的控制也并不十分理想，常会由于终端自准直装置的校正来不及响应前级自准直装置的校正而导致终端输出的聚焦光束浮出靶丸。

目前，中国专利CN101063751A、中国专利CN100470194C和中国专利CN109632641A各自公开了一种传统单级“两点一线”自准直装置结构，尚未有针对高功率激光系统提出的整体自准直方案。因此，针对上述情况，有必要提出一种以保证其终端输出光束指向稳定性为宗旨，同时实现全光路自动准直的高功率激光系统中的级联自准直装置。

发明内容

本发明的目的是为了使高功率激光系统实现全光路自动准直并保证终端输出光束指向稳定性，提供一种高功率激光系统中的级联自准直装置。

为了实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：

一方面，本发明提供一种高功率激光系统中的级联自准直装置，其特点在于，包括高功率激光系统中的种子光、第一远近场光路校正级、第二远场光路校正级、第三远场光路校正级、第N远场光路校正级、计算机、采集与驱动控制器、主时钟延时信号控制器；

所述的第一远近场光路校正级包括：置于电动镜架上的第一反射镜，置于电动镜架上的第二反射镜，第一成像透镜组，第一CCD探测器，第一高功率激光系统内部元器件，第一汇聚透镜，第二CCD探测器；

所述的第二远近场光路校正级包括：置于电动镜架上的第三反射镜，第二高功率激光系统内部元件，第二汇聚透镜，第三CCD探测器；

所述的第三远近场光路校正级包括：置于电动镜架上的第四反射镜，第三高功率激光系统内部元件，第五反射镜，第三汇聚透镜，第四CCD探测器；

所述的第N终端远场光路校正级包括：置于电动镜架上的第N+1反射镜，第N高功率激光系统内部元件，第N汇聚透镜，第N+1CCD探测器，终端反射镜；

所述的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、……、第N+1反射镜的电动镜架上均设有用于调节俯仰和倾斜的电动促动器，该电动促动器的输入端分别与第一反馈电机驱动器、第二反馈电机驱动器、第三反馈电机驱动器、第四反馈电机驱动器、……、第N+1反馈电机驱动器的输出端相连接；

所述的计算机的输出端分别与所述的第一反馈电机驱动器、第二反馈电机驱动器、第三反馈电机驱动器、第四反馈电机驱动器、……、第N+1反馈电机驱动器的输入端相连，所述的计算机的输入端分别与所述的第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器、第四CCD探测器、……、第N+1CCD探测器的据输出端相连，以保证各CCD探测器采集数据的传输；

所述的主时钟延时信号控制器的输出端分别与所述的高功率激光系统中的种子光、第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器、第四CCD探测器、……、N+1CCD探测器的触发信号输入端相连，以保证各CCD探测器与种子光的触发信号同步；

所述的高功率激光系统中的种子光入射至所述的第一反射镜，经该第一反射镜反射后，入射到所述的第二反射镜，经该第二反射镜分为第一反射光束和第一透射光束，所述的第一透射光束经由第一成像透镜组缩束成像后被所述的第一CCD探测器接收，所述的第一成像透镜组的光轴平行于所述的第一透射光束，所述的第一CCD探测器置于所述的第一成像透镜组的像平面；所述的第一反射光束依次经第一高功率激光系统内部元件和第三反射镜后，分为第二反射光束和第二透射光束，所述的第二透射光束经由第一汇聚透镜聚焦后被所述的第二CCD探测器接收，所述的第一汇聚透镜的光轴平行于所述的第二透射光束，该透镜的焦距为f₁；所述的第二CCD探测器置于所述的第一汇聚透镜的焦平面；所述的第二反射光束依次经所述的第二高功率激光系统内部元件和第四反射镜后，分为第三反射光束和第三透射光束，所述的第三透射光束经由第二汇聚透镜聚焦后被所述的第三CCD探测器接收，所述的第二汇聚透镜的光轴平行于所述的第三透射光束，该透镜的焦距为f₂大于所述的第一汇聚透镜的焦距f₁；所述的第三CCD探测器置于所述的第二汇聚透镜的焦平面；

所述的第三反射光束依次经所述的第三高功率激光系统内部元件和第五反射镜后，分为第四反射光束和第四透射光束，依次类推，直至所述的第N反射光束依次经所述的第N高功率激光系统内部元件和第N+1反射镜后，分为第N+1反射光束和第N+1透射光束,所述的第N+1反射光束为高功率激光系统的终端输出光束，所述的第N+1透射光束经由所述的第N+1汇聚透镜聚焦后被所述的第N+2CCD探测器接收，所述的第N+1汇聚透镜的光轴垂直于所述的第N+1透射光束，该透镜的焦距为f_n+1大于所述的第N汇聚透镜的焦距f_n，所述的第N+2CCD探测器置于所述的第N+1汇聚透镜的焦平面。

优选的，所述的高功率激光系统中的种子光具有约1-10Hz较低重复频率的脉冲式激光，并且光束口径和能量被所述的第一高功率激光系统内部元器件、第二高功率激光系统内部元器件、第三高功率激光系统内部元件、……、第N高功率激光系统内部元件依次扩束和放大。

优选的，所述的第一高功率激光系统内部元器件、第二高功率激光系统内部元器件和第三高功率激光系统内部元件、……、第N高功率激光系统内部元件包括激光扩束器和激光放大器。

优选的，所述的电动促动器为步进精度优于1μm的电机。

优选的，所述的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第N+1反射镜的电动镜架的初始位置均设定为将其各自的入射光以约90°角反射。

另一方面，本发明提供一种利用上述高功率激光系统中的级联自准直装置实现自准直的方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、计算机提取第一CCD探测器、第二CCD探测器、第三CCD探测器和第四CCD探测器、……、第N+1CCD探测器采集到的由所述的高功率激光系统中的种子光在所述的第一远近场光路校正级、第二远场光路校正级、第三远场光路校正级和第N远场光路校正级中产生的偏移量，分别记录为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)、(x₄，y₄)和(x_n+1，y_n+1)；

步骤2、沿所述的高功率激光系统中的种子光束传输的逆方向，依次判定所述的第N远场光路校正级、。。。、第三远场光路校正级、第二远场光路校正级和第一远近场光路校正级的偏移量(x_n+1，y_n+1)、……、(x₄，y₄)、(x₃，y₃)、(x₂，y₂)和(x₁，y₁)是否超出各自预先设定的容忍范围(δx_n+1，δy_N+1)、……、(δx₄，δy₄)、(δx₃，δy₃)、(δx₂，δy₂)和(δx₁，δy₁)，即优先判定是否x_n+1>δx_n+1或y_n+1>δy_n+1，其次判定是否x₄>δx₄或y₄>δy₄，最后判定是否x₃>δx₃或y₃>δy₃，x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁；

步骤3、当判定所述的第N远场光路校正级无需执行校正，即当x_n+1<δx_n+1且y_n+1<δy_n+1时，重复步骤1-3；当判定所述的第N远场光路校正级需要执行校正，即当x_n+1>δx_n+1或y_n+1>δy_n+1时，继续判定所述的第N-1远场光路校正级是否需要执行校正，即继续判定是否x_n>δx_n或y_n>δy_n，并执行下述步骤4；

步骤4、当判定所述的第N-1远场光路校正级无需执行校正，即当x_n<δx_n且y_n<δy_n时，驱动并控制所述的置有第N反射镜的电动镜架，使所述的第N远场光路校正级的偏移量小于预设的容忍范围，即x_n+1<δx_n+1且y_n+1<δy_n+1，待校正结束后重复步骤1-3；当判定所述的第二远场光路校正级需要执行校正，即当x_n>δx_n或y_n>δy_n时，继续判定所述的第N-2远近场光路校正级是否需要执行校正，即继续判定是否x_n-1>δx_n-1或y_n-1>δy_n-1，并依次类推，……，直至判定所述的第一远近场光路校正级是否需要执行校正时，执行下述步骤5；

步骤5、当所述的第一远近场光路校正级无需执行校正，即当x₂<δx₂且y₂<δy₂且x₁<δx₁且y₁<δy₁时，驱动并控制所述的置有第三反射镜的电动镜架，使所述的第二远场光路校正级的偏移量小于预设的容忍范围，即x₃<δx₃且y₃<δy₃，待校正结束后重复步骤1-3；当所述的第一远近场光路校正级需要执行校正，即当x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁时，驱动并控制所述的置有第一反射镜的电动镜架和第二反射镜的电动镜架，使第一远近场光路校正级的偏移量小于预设的容忍范围，即x₂<δx₂且y₂<δy₂且x₁<δx₁且y₁<δy₁，待校正结束后重复步骤1-3。

值得说明的是，本发明根本不同于多个传统“两点一线”激光自动准直装置的依次简单排列，具体理由如下：

第一、该装置在整体光路校正级的布局结构上秉承单近场多远场的监测模式，同样基于两点确立一条直线的原理，在第一远近场光路校正级校正完成后，第二远场光路校正级和第三远场光路校正级均可以以单一电动镜架实现对应光路的准直，从而提高了全光路自动准直的校正效率以及该装置的可拓展性；

第二、该装置是以全光路的所有校正级为统一整体，以保证终端输出光束指向稳定性为宗旨，通过逻辑判断有针对性地选择校正级执行校正。一般地，由于第二汇聚透镜的焦距f₃大于第二汇聚透镜的焦距f₂，第二汇聚透镜的焦距f₂大于第一汇聚透镜的焦距f₂，因此根据光路可逆原理，当第三远场光路校正级的偏移量未超出预设容忍范围时，第一远近场光路校正级和第二远场光路校正级的偏移量必然不会超出各自预设的容忍范围，从而同时提高了全光路自动准直的稳定性和可靠性；

第三、该装置的多级光路校正级结构可以适应高功率激光系统内部的任意结构布局，从而提高了该装置的应用灵活性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)以保证高功率激光系统终端输出光束指向稳定性为宗旨，同时实现全光路的自动准直，解决了目前高功率激光系统光束抖动性较大和稳定性较差等问题；

2)通用于所有大型高功率脉冲激光系统，特别对具有较低重复频率、较大光束口径、较长且复杂光路的高功率激光系统的使用效果尤其明显；

3)具有可以完全替代人工调节、结构简单、实用性强、稳定性高、校正效率和校正精度高等特点。

附图说明

图1是高功率激光系统中的三级级联自准直装置的整体结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例子对本发明进行详细的说明。

本发明的目的是为了使高功率激光系统实现全光路自动准直并保证终端输出光束指向稳定性，提供一种高功率激光系统中的级联自准直装置。

实施例以三级自准直系统为例来说明具体实施过程：

该装置包括高功率激光系统中的种子光1、第一远近场光路校正级2、第二远场光路校正级3、第三远场光路校正级4、计算机5、运用计算机编写的具有选择和判定校正级逻辑的采集与驱动控制软件6、主时钟延时信号控制器7。

所述的高功率激光系统中的种子光1具有约1-10Hz较低重复频率的脉冲式激光，并且光束口径和能量被所述的第一高功率激光系统内部元器件119、第二高功率激光系统内部元器件120、第三高功率激光系统内部元件121依次扩束和放大。

所述的第一高功率激光系统内部元器件119、第二高功率激光系统内部元器件120和第三高功率激光系统内部元件121，包括但不限于传统的激光扩束器和激光放大器。

所述的第一远近场光路校正级2的布局包括：所述的高功率激光系统中的种子光1以45°的入射角经由所述的置有第一反射镜的电动镜架101反射后入射到置有第二反射镜的电动镜架102反射分为第一反射光束和第一透射光束，所述的第一透射光束经由第一成像透镜组104缩束成像后被所述的第一CCD探测器105接收，所述的第一反射光束穿过第一高功率激光系统内部元件119后，经置有第三反射镜的电动镜架109反射分为第二反射光束和第二透射光束，所述的第二透射光束经由第一汇聚透镜103聚焦后被所述的第二CCD探测器106接收；所述的第一成像透镜组104的光轴垂直于所述的第一透射光束，所述的第一CCD探测器105置于所述的第一成像透镜组104的像平面。

所述的第一汇聚透镜103的光轴垂直于所述的第二透射光束，该透镜的焦距为f₁；所述的第二CCD探测器106置于所述的第一汇聚透镜103的焦平面；所述的置有第一反射镜的电动镜架101、置有第二反射镜的电动镜架102和置有第三反射镜的电动镜架109的初始位置均设定为将入射的高功率激光系统中的种子光1以约90°角反射。

所述的第二远场光路校正级3的布局包括：所述的第二反射光束穿过第二高功率激光系统内部元件120后，经所述的置有第四反射镜的电动镜架113反射分为第三反射光束和第三透射光束，所述的第三透射光束经由第二汇聚透镜110聚焦后被所述的第三CCD探测器111接收。

所述的第二汇聚透镜110的光轴垂直于所述的第三透射光束，该透镜的焦距为f₂,应大于所述的第一汇聚透镜103的焦距f₁；所述的第三CCD探测器111置于所述的第二汇聚透镜110的焦平面；所述的置有第四反射镜的电动镜架113的初始位置设定为将入射的高功率激光系统中的种子光1以约90°角反射。

所述的第三远场光路校正级4的布局包括：所述的第三反射光束穿过第三高功率激光系统内部元件121后，经所述的置有第五反射镜的固定镜架114反射分为第四反射光束和第四透射光束，所述的第四反射光束为高功率激光系统的终端输出光束，所述的第四透射光束经由所述的第三汇聚透镜115聚焦后被所述的第四CCD探测器116接收。

所述的第三汇聚透镜115的光轴垂直于所述的第四透射光束，该透镜的焦距为f₃,应大于所述的第二汇聚透镜110的焦距f₂；所述的第四CCD探测器116置于所述的第三汇聚透镜115的焦平面；所述的置有第五反射镜的固定镜架114的位置设定为将入射的高功率激光系统中的种子光1以约90°角反射。

所述的置有第一反射镜的电动镜架101、置有第二反射镜的电动镜架102、置有第三反射镜的电动镜架109和置有第四反射镜的电动镜架113，其特征在于，其上用于调节俯仰和倾斜的电动促动器118的输入端分别与第一反馈电机驱动器107、第二反馈电机驱动器108、第三反馈电机驱动器112和第四反馈电机驱动器117的输出端相匹配连接。

所述的电动促动器118为任意类型步进精度优于1μm的电机。

所述的计算机5的输出端分别与所述的第一反馈电机驱动器107、第二反馈电机驱动器108、第三反馈电机驱动器112和第四反馈电机驱动器117的输入端相连，从而分别控制所述的置有第一反射镜的电动镜架101、置有第二反射镜的电动镜架102、置有第三反射镜的电动镜架109和置有第四反射镜的电动镜架113的俯仰和倾斜，实现对各校正级光路指向在上下方向和左右方向的自动调节；其输入端分别与所述的第一CCD探测器105、第二CCD探测器106、第三CCD探测器111、第四CCD探测器116的数据输出端相连，以保证各CCD探测器采集数据的传输。

所述的主时钟延时信号控制器7的输出端分别与所述的高功率激光系统中的种子光1、第一CCD探测器105、第二CCD探测器106、第三CCD探测器111、第四CCD探测器116的触发信号输入端相连，以保证各CCD探测器与种子光的触发信号同步。

所述的运用计算机编写的具有选择和判定校正级逻辑的采集与驱动控制软件6可以使所述的高功率激光系统中的级联自准直装置执行如下步骤：

步骤1、通过所述的计算机5提取所述的第一CCD探测器105、第二CCD探测器106、第三CCD探测器111和第四CCD探测器116采集到的由所述的高功率激光系统中的种子光1在所述的第一远近场光路校正级2、第二远场光路校正级3和第三远场光路校正级4中产生的偏移量，分别记录为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)和(x₄，y₄)；

步骤2、沿所述的高功率激光系统中的种子光1光束传输的逆方向，依次判定所述的第三远场光路校正级4、第二远场光路校正级3和第一远近场光路校正级2的偏移量(x₄，y₄)、(x₃，y₃)、(x₂，y₂)和(x₁，y₁)是否超出各自预先设定的容忍范围(δx₄，δy₄)、(δx₃，δy₃)、(δx₂，δy₂)和(δx₁，δy₁)，即优先判定是否x₄>δx₄或y₄>δy₄，其次判定是否x₃>δx₃或y₃>δy₃，最后判定是否x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁；

步骤3、当判定所述的第三远场光路校正级4无需执行校正，即当x₄<δx₄且y₄<δy₄时，重复步骤1-3；当判定所述的第三远场光路校正级4需要执行校正，即当x₄>δx₄或y₄>δy₄时，继续判定所述的第二远场光路校正级3是否需要执行校正，即继续判定是否x₃>δx₃或y₃>δy₃，并执行下述步骤4；

步骤4、当判定所述的第二远场光路校正级3无需执行校正，即当x₃<δx₃且y₃<δy₃时，驱动并控制所述的置有第四反射镜的电动镜架113，使所述的第三远场光路校正级4的偏移量小于预设的容忍范围，即x₄<δx₄且y₄<δy₄，待校正结束后重复步骤1-3；当判定所述的第二远场光路校正级3需要执行校正，即当x₃>δx₃或y₃>δy₃时，继续判定所述的第一远近场光路校正级2是否需要执行校正，即继续判定是否x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁，并执行下述步骤5；

步骤5、当所述的第一远近场光路校正级2无需执行校正，即当x₂<δx₂且y₂<δy₂且x₁<δx₁且y₁<δy₁时，驱动并控制所述的置有第三反射镜的电动镜架109，使所述的第二远场光路校正级3的偏移量小于预设的容忍范围，即x₃<δx₃且y₃<δy₃，待校正结束后重复步骤1-3；当所述的第一远近场光路校正级2需要执行校正，即当x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁时，驱动并控制所述的置有第一反射镜的电动镜架101和第二反射镜的电动镜架102，使第一远近场光路校正级2的偏移量小于预设的容忍范围，即x₂<δx₂且y₂<δy₂且x₁<δx₁且y₁<δy₁，待校正结束后重复步骤1-3。

最后应当说明的是，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)

1.一种高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，包括高功率激光系统中的种子光(1)、第一远近场光路校正级(2)、第二远场光路校正级(3)、第三远场光路校正级(4)、第N远场光路校正级、计算机(5)、采集与驱动控制器(6)、主时钟延时信号控制器(7)；

所述的第一远近场光路校正级(2)包括：置于电动镜架上的第一反射镜(101)，置于电动镜架上的第二反射镜(102)，第一成像透镜组(104)，第一CCD探测器(105)，第一高功率激光系统内部元器件(119)，第一汇聚透镜(103)，第二CCD探测器(106)；

所述的第二远近场光路校正级(3)包括：置于电动镜架上的第三反射镜(109)，第二高功率激光系统内部元件(120)，第二汇聚透镜(110)，第三CCD探测器(111)；

所述的第三远近场光路校正级(4)包括：置于电动镜架上的第四反射镜(113)，第三高功率激光系统内部元件(121)，第五反射镜(114)，第三汇聚透镜(115)，第四CCD探测器(116)；

所述的第N终端远场光路校正级包括：置于电动镜架上的第N+1反射镜，第N高功率激光系统内部元件，第N汇聚透镜，第N+1CCD探测器，终端反射镜；

所述的第一反射镜(101)、第二反射镜(102)、第三反射镜(109)、第四反射镜(113)、……、第N+1反射镜的电动镜架上均设有用于调节俯仰和倾斜的电动促动器(118)，该电动促动器的输入端分别与第一反馈电机驱动器(107)、第二反馈电机驱动器(108)、第三反馈电机驱动器(112)、第四反馈电机驱动器(117)、……、第N+1反馈电机驱动器的输出端相连接；

所述的计算机(5)的输出端分别与所述的第一反馈电机驱动器(107)、第二反馈电机驱动器(108)、第三反馈电机驱动器(112)、第四反馈电机驱动器(117)、……、第N+1反馈电机驱动器的输入端相连，所述的计算机(5)的输入端分别与所述的第一CCD探测器(105)、第二CCD探测器(106)、第三CCD探测器(111)、第四CCD探测器(116)、……、第N+1CCD探测器的据输出端相连，以保证各CCD探测器采集数据的传输；

所述的主时钟延时信号控制器(7)的输出端分别与所述的高功率激光系统中的种子光(1)、第一CCD探测器(105)、第二CCD探测器(106)、第三CCD探测器(111)、第四CCD探测器(116)、……、N+1CCD探测器的触发信号输入端相连，以保证各CCD 探测器与种子光的触发信号同步；

所述的高功率激光系统中的种子光(1)入射至所述的第一反射镜(101)，经该第一反射镜反射后，入射到所述的第二反射镜(102)，经该第二反射镜分为第一反射光束和第一透射光束，所述的第一透射光束经由第一成像透镜组(104)缩束成像后被所述的第一CCD探测器(105)接收，所述的第一成像透镜组(104)的光轴平行于所述的第一透射光束，所述的第一CCD探测器(105)置于所述的第一成像透镜组(104)的像平面；所述的第一反射光束依次经第一高功率激光系统内部元件(119)和第三反射镜后，分为第二反射光束和第二透射光束，所述的第二透射光束经由第一汇聚透镜(103)聚焦后被所述的第二CCD探测器(106)接收，所述的第一汇聚透镜(103)的光轴平行于所述的第二透射光束，该透镜的焦距为f₁；所述的第二CCD探测器(106)置于所述的第一汇聚透镜(103)的焦平面；所述的第二反射光束依次经所述的第二高功率激光系统内部元件(120)和第四反射镜(113)后，分为第三反射光束和第三透射光束，所述的第三透射光束经由第二汇聚透镜(110)聚焦后被所述的第三CCD探测器(111)接收，所述的第二汇聚透镜(110)的光轴平行于所述的第三透射光束，该透镜的焦距为f₂大于所述的第一汇聚透镜(103)的焦距f₁；所述的第三CCD探测器(111)置于所述的第二汇聚透镜(110)的焦平面；

所述的第三反射光束依次经所述的第三高功率激光系统内部元件(121)和第五反射镜后，分为第四反射光束和第四透射光束，依次类推，直至所述的第N反射光束依次经所述的第N高功率激光系统内部元件和第N+1反射镜后，分为第N+1反射光束和第N+1透射光束,所述的第N+1反射光束为高功率激光系统的终端输出光束，所述的第N+1透射光束经由所述的第N+1汇聚透镜聚焦后被所述的第N+2CCD探测器接收，所述的第N+1汇聚透镜的光轴垂直于所述的第N+1透射光束，该透镜的焦距为f_n+1大于所述的第N汇聚透镜的焦距f_n，所述的第N+2CCD探测器置于所述的第N+1汇聚透镜的焦平面。

2.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的高功率激光系统中的种子光(1)具有约1-10Hz较低重复频率的脉冲式激光，并且光束口径和能量被所述的第一高功率激光系统内部元器件(119)、第二高功率激光系统内部元器件(120)、第三高功率激光系统内部元件(121)、……、第N高功率激光系统内部元件依次扩束和放大。

3.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的第一高功率激光系统内部元器件(119)、第二高功率激光系统内部元器件(120)和第三高功率激光系统内部元件(121)、……、第N高功率激光系统内部元件包括激光扩束器和激光放大器。

4.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的电动促动器(118)为步进精度优于1μm的电机。

5.根据权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置，其特征在于，所述的第一反射镜(101)、第二反射镜(102)、第三反射镜(109)、第四反射镜(113)、第五反射镜(114)和第N+1反射镜的电动镜架的初始位置均设定为将其各自的入射光以约90°角反射。

6.利用权利要求1所述的高功率激光系统中的级联自准直装置实现自准直的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、计算机(5)提取第一CCD探测器(105)、第二CCD探测器(106)、第三CCD探测器(111)和第四CCD探测器(116)、……、第N+1CCD探测器采集到的由所述的高功率激光系统中的种子光(1)在所述的第一远近场光路校正级(2)、第二远场光路校正级(3)、第三远场光路校正级(4)和第N远场光路校正级中产生的偏移量，分别记录为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)、(x₄，y₄)和(x_n+1，y_n+1)；

步骤2、沿所述的高功率激光系统中的种子光(1)光束传输的逆方向，依次判定所述的第N远场光路校正级、……、第三远场光路校正级(4)、第二远场光路校正级(3)和第一远近场光路校正级(2)的偏移量(x_n+1，y_n+1)、……、(x₄，y₄)、(x₃，y₃)、(x₂，y₂)和(x₁，y₁)是否超出各自预先设定的容忍范围(δx_n+1，δy_N+1)、……、(δx₄，δy₄)、(δx₃，δy₃)、(δx₂，δy₂)和(δx₁，δy₁)，即优先判定是否x_n+1>δx_n+1或y_n+1>δy_n+1，其次判定是否x₄>δx₄或y₄>δy₄，最后判定是否x₃>δx₃或y₃>δy₃，x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁；

步骤3、当判定所述的第N远场光路校正级无需执行校正，即当x_n+1<δx_n+1且y_n+1<δy_n+1时，重复步骤1-3；当判定所述的第N远场光路校正级需要执行校正，即当x_n+1>δx_n+1或y_n+1>δy_n+1时，继续判定所述的第N-1远场光路校正级是否需要执行校正，即继续判定是否x_n>δx_n或y_n>δy_n，并执行下述步骤4；

步骤4、当判定所述的第N-1远场光路校正级无需执行校正，即当x_n<δx_n且y_n<δy_n时，驱动并控制所述的置有第N反射镜的电动镜架，使所述的第N远场光路校正级的偏移量小于预设的容忍范围，即x_n+1<δx_n+1且y_n+1<δy_n+1，待校正结束后重复步骤1-3；当判定所述的第二远场光路校正级(3)需要执行校正，即当x_n>δx_n或y_n>δy_n时，继续判定所述的第N-2远近场光路校正级是否需要执行校正，即继续判定是否x_n-1>δx_n-1或y_n-1>δy_n-1，并依次类推，……，直至判定所述的第一远近场光路校正级(2)是否需要执行校正时，执行下述步骤5；

步骤5、当所述的第一远近场光路校正级(2)无需执行校正，即当x₂<δx₂且y₂<δy₂且x₁<δx₁且y₁<δy₁时，驱动并控制所述的置有第三反射镜的电动镜架(109)，使所述的第二远场光路校正级(3)的偏移量小于预设的容忍范围，即x₃<δx₃且y₃<δy₃，待校正结束后重复步骤1-3；当所述的第一远近场光路校正级(2)需要执行校正，即当x₂>δx₂或y₂>δy₂或x₁>δx₁或y₁>δy₁时，驱动并控制所述的置有第一反射镜的电动镜架(101)和第二反射镜的电动镜架(102)，使第一远近场光路校正级(2)的偏移量小于预设的容忍范围，即x₂<δx₂且y₂<δy₂且x₁<δx₁且y₁<δy₁，待校正结束后重复步骤1-3。

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