CN113390342B - 一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，属于多程放大激光系统技术领域，在多程放大激光系统的输出端设置测量采集模块，并获取全光路模式下近场图像，以空间滤波器的小孔板作为分界点，将多程光路分解为不同传输路径的单通光路，获取单通光路模式下近场图像，对比全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像，判断出多程放大激光系统中损伤点的位置，本发明将多程光路分解为单通光路，基于循序渐进的判断过程，逐步判断损伤点位置，操作便捷，准确性高，特别适用于多程放大激光系统的光学元件损伤点在线检测。

Description

一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法

技术领域

本发明属于多程放大激光系统技术领域，具体地说涉及一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法。

背景技术

目前，国内外高功率固体激光系统为了提高放大器的提取效率，普遍采用多程放大的光路构型。当激光强度达到足够高的量级时，光学元件将发生一系列不可逆、灾难性的变化，通常将这种变化现象称为损伤。激光诱导损伤是一个复杂的过程，受光学元件材料性质、激光参数、光学元件所处的环境条件等多种因素影响。在高通量运行条件下，光学元件出现损伤时，复杂的多程放大构型增大了损伤光学元件在光路中的位置和损伤点尺寸等信息的判断难度。一般而言，当高功率固体激光系统中的光学元件首次出现损伤点之后，需要尽快将损伤点判断出来，及时更换损伤的元件，避免下游光学元件的串联损伤。因此，发现损伤现象、判断损伤位置、更换损伤元件是保障激光系统长期运行的重要措施。

发明内容

针对现有技术的种种不足，考虑到多程放大激光系统中光路传输的多程性，发明人将多程光路分解为单通光路，基于循序渐进的判断过程，逐步判断损伤点位置，由此，提出一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，包括以下步骤：

步骤S1、在多程放大激光系统的输出端设置测量采集模块，并获取全光路模式下近场图像，若全光路模式下近场图像出现损伤点，则执行步骤S2，反之，则停止；

步骤S2、以空间滤波器的小孔板作为分界点，将多程光路分解为不同传输路径的单通光路，获取单通光路模式下近场图像；

步骤S3、对比全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像，判断出多程放大激光系统中损伤点的位置。

进一步，步骤S1中，在多程放大激光系统的输出端设置取样P板，部分输出光束经取样P板入射至测量采集模块，形成取样光路。

进一步，主激光沿着多程放大光路传输至其输出端，通过测量采集模块获取全光路模式下近场图像，标记为TX1。

优选的，由于主激光经过整个光路中的所有光学元件，若任何位置出现损伤点都会呈现到全光路模式下近场图像中。

进一步，所述多程放大激光系统包括腔内放大器和助推放大器，所述腔内放大器中空间滤波器的小孔板为第一小孔板，所述助推放大器中空间滤波器的小孔板为第二小孔板。

进一步，所述主激光的传输路径为：

先穿过第一小孔板的第一孔、第一小孔板的第二孔、第二小孔板的第二孔进入反转器模块，经反转器模块改变传输方向并穿过第二小孔板的第三孔、第一小孔板的第三孔，经腔内放大器的腔镜反射后，再依次穿过第一小孔板的第四孔、第二小孔板的第四孔并经输出端输出。

进一步，步骤S2中，获取单通光路模式下近场图像的方法为：

步骤S21、将重频激光模块移动到第二小孔板的第四孔位置，重频激光模块输出的重频激光经取样P板入射至测量采集模块，得到单通光路模式下第一近场图像，标记为TX2；

步骤S22、改变主激光的传输路径，促使主激光穿过第一小孔板的第一孔后并直接返回其第四孔作为判断光束，判断光束经助推放大器、取样P板入射至测量采集模块，得到单通光路模式下第二近场图像，标记为TX3；

步骤S23、将重频激光模块移动到第二小孔板的第三孔位置，重频激光反向传输至腔内放大器并经腔内放大器再次传输至助推放大器，最后经取样P板入射至测量采集模块，得到单通光路模式下第三近场图像，标记为TX4。

进一步，步骤S22中，将改变光路模块推入光路，促使主激光穿过第一小孔板的第一孔后并直接返回其第四孔，将匹配透镜推入光路，利用匹配透镜的焦距将判断光束匹配成与主激光相同口径的光束。

进一步，所述改变光路模块和匹配透镜位于第一小孔板的不同侧。

优选的，所述改变光路模块为直角棱镜或平面反射镜组合。

进一步，步骤S23中，改变光路模块和匹配透镜位于光路外。

进一步，若TX1、TX2、TX3和TX4中均无损伤点，说明整个光路不存在损伤点；

若TX1和TX2中均出现损伤点，而TX3和TX4中均无损伤点，说明取样光路存在损伤点；

若TX1和TX3中均出现损伤点，而TX2和TX4中均无损伤点，说明第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点；

若TX1和TX4中均出现损伤点，而TX2和TX3中无损伤点，说明第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点；

若TX1中出现损伤点，而TX2、TX3和TX4中均无损伤点，说明反转器模块光路存在损伤点；

若TX1、TX2和TX3中均出现损伤点，而TX4中无损伤点，说明取样光路存在损伤点，同时，第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点；

若TX1、TX2和TX4中均出现损伤点，而TX3中无损伤点，说明取样光路存在损伤点，同时，第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点；

若TX1、TX3和TX4中均出现损伤点，而TX2中无损伤点，说明第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点，同时，第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点；

若TX1、TX2、TX3和TX4中均出现损伤点，说明取样光路存在损伤点、反转器模块光路存在损伤点、第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点，同时，第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点。

本发明的有益效果是：

1、将多程光路分解为单通光路，基于循序渐进的判断过程，逐步判断损伤点位置，操作便捷，准确性高，特别适用于多程放大激光系统的光学元件损伤点在线检测。

2、通过获取全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像，便可进行自动的离线处理，有效减少在线检测时间，灵活度高。

3、利用匹配透镜将判断光束还原成与主激光相同的口径，使用判断光束替代主激光所传输的路径，实现无缺失、无死角、高还原的目的。

4、在第一小孔板处设置匹配透镜、改变光路模块，在第二小孔板处设置重频激光模块，在整个判断过程中无需泄放真空，充分利用激光系统中的原有结构，提高了判断效率。

5、通过判断损伤点位置，便于操作者对损伤元件进行更换，有效保证激光系统的建设进度和运行效率。

附图说明

图1是多程放大激光系统的整体结构示意图；

图2(a)是第一小孔板的结构示意图；

图2(b)是第二小孔板的结构示意图；

图3是在多程放大激光系统光路中推入改变光路模块、匹配透镜和重频激光模块的示意图；

图4(a)至(d)分别是实施例二中TX1至TX4的示意图。

附图中：1-主激光、2-第一反射镜、3-第一小孔板、4-改变光路模块、5-第一透镜、6-腔内放大器、7-第二反射镜、8-匹配透镜、9-第二透镜、10-助推放大器、11-第三反射镜、12-第四反射镜、13-第三透镜、14-第二小孔板、15-重频激光模块、16-反转器模块、17-第四透镜、18-取样P板、19-第五反射镜、20-测量采集模块、21-输出激光；

301-第一小孔板的第一孔、302-第一小孔板的第二孔、303-第一小孔板的第三孔、304-第一小孔板的第四孔；

1401-第二小孔板的第二孔、1402-第二小孔板的第三孔、1403-第二小孔板的第四孔；

图1和图3中箭头表示主激光传输方向。

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：

如图1和图2所示，一种多程放大激光系统，包括腔内放大器6和助推放大器10，所述腔内放大器6中空间滤波器的小孔板为第一小孔板3，所述助推放大器10中空间滤波器的小孔板为第二小孔板14。

所述主激光1的传输路径为：

主激光1经第一反射镜2反射后穿过第一小孔板的第一孔301，经第一透镜5、腔内放大器6传输至第二反射镜7(作为腔内放大器的腔镜)，经第二反射镜7反射后再次经过腔内放大器6、第一透镜5、第一小孔板的第二孔302、第二透镜9传输至助推放大器10，然后，经第三反射镜11、第四反射镜12、第三透镜13传输至第二小孔板14，穿过第二小孔板的第二孔1401后，经反转器模块16改变传输方向并穿过第二小孔板的第三孔1402，然后，经第三透镜13、第四反射镜12、第三反射镜11传输至助推放大器10，经第二透镜9、第一小孔板的第三孔303、第一透镜5、腔内放大器6传输至第二反射镜7，经第二反射镜7反射后再次经过腔内放大器6、第一透镜5、第一小孔板的第四孔304、第二透镜9传输至助推放大器10，然后，经第三反射镜11、第四反射镜12、第三透镜13传输至第二小孔板14，穿过第二小孔板的第四孔1403后，经第四透镜17输出形成输出激光21。

如图2和图3所示，考虑到多程放大激光系统中光路传输的多程性，发明人将多程光路分解为单通光路，基于循序渐进的判断过程，逐步判断损伤点位置，由此，提出一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，包括以下步骤：

步骤S1、在多程放大激光系统的输出端设置测量采集模块20，并获取全光路模式下近场图像，若全光路模式下近场图像出现损伤点，则执行步骤S2，反之，则停止。具体的，在多程放大激光系统的输出端设置取样P板18，部分输出光束经取样P板18、第五反射镜19入射至测量采集模块20，形成取样光路。主激光1沿着多程放大光路传输至其输出端，通过测量采集模块20获取全光路模式下近场图像，标记为TX1。由于主激光1经过整个光路中的所有光学元件，若任何位置出现损伤点都会呈现到全光路模式下近场图像中。

步骤S2、以空间滤波器的小孔板作为分界点，将多程光路分解为不同传输路径的单通光路，获取单通光路模式下近场图像。

具体的，获取单通光路模式下近场图像的方法为：

步骤S21、将重频激光模块15移动到第二小孔板的第四孔1403位置，重频激光模块15输出的重频激光经第四透镜17、取样P板18、第五反射镜19入射至测量采集模块20，得到单通光路模式下第一近场图像，标记为TX2。

步骤S22、改变主激光1的传输路径，促使主激光1穿过第一小孔板的第一孔301后并直接返回其第四孔304作为判断光束，判断光束经助推放大器10、取样P板18入射至测量采集模块20，得到单通光路模式下第二近场图像，标记为TX3。

具体的，将改变光路模块4推入光路，促使主激光1穿过第一小孔板的第一孔301后并直接返回其第四孔304，同时，将匹配透镜8推入光路，将判断光束匹配成与主激光1相同口径的光束，使用判断光束替代主激光1所传输的路径，实现无缺失、无死角、高还原的目的，所述改变光路模块4和匹配透镜8位于第一小孔板3的不同侧。优选的，所述改变光路模块4为直角棱镜或平面反射镜组合。

也就是说，判断光束穿过第一小孔板的第一孔301后，经改变光路模块4反射至第一小孔板的第四孔304，然后，经第二透镜9传输至助推放大器10，经第三反射镜11、第四反射镜12、第三透镜13传输至第二小孔板14，穿过第二小孔板的第四孔1403后，最后，经第四透镜17、取样P板18、第五反射镜19入射至测量采集模块20，判断光束未经过反转器模块16。

步骤S23、将重频激光模块15移动到第二小孔板的第三孔1402位置，重频激光反向传输至腔内放大器6并经腔内放大器6再次传输至助推放大器10，最后经取样P板18入射至测量采集模块20，得到单通光路模式下第三近场图像，标记为TX4。此时，改变光路模块4和匹配透镜8位于光路外。

也就是说，重频激光穿过第二小孔板的第三孔1402，然后，经第三透镜13、第四反射镜12、第三反射镜11传输至助推放大器10，经第二透镜9、第一小孔板的第三孔303、第一透镜5、腔内放大器6传输至第二反射镜7，经第二反射镜7反射后再次经过腔内放大器6、第一透镜5、第一小孔板的第四孔304、第二透镜9传输至助推放大器10，然后，经第三反射镜11、第四反射镜12、第三透镜13传输至第二小孔板14，穿过第二小孔板的第四孔1403后，最后，经第四透镜17、取样P板18、第五反射镜19入射至测量采集模块20，重频激光未经过反转器模块16。

步骤S3、对比全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像，判断出多程放大激光系统中损伤点的位置。

具体的，若TX1、TX2、TX3和TX4中均无损伤点，说明整个光路不存在损伤点。若TX1和TX2中均出现损伤点，而TX3和TX4中均无损伤点，说明取样光路存在损伤点。若TX1和TX3中均出现损伤点，而TX2和TX4中均无损伤点，说明第一小孔板3至第二小孔板14之间光路存在损伤点。若TX1和TX4中均出现损伤点，而TX2和TX3中无损伤点，说明第一小孔板3至腔内放大器的腔镜(即第二反射镜7)之间光路存在损伤点。若TX1中出现损伤点，而TX2、TX3和TX4中均无损伤点，说明反转器模块16光路存在损伤点。若TX1、TX2和TX3中均出现损伤点，而TX4中无损伤点，说明取样光路存在损伤点，同时，第一小孔板3至第二小孔板14之间光路存在损伤点。若TX1、TX2和TX4中均出现损伤点，而TX3中无损伤点，说明取样光路存在损伤点，同时，第一小孔板3至腔内放大器的腔镜(即第二反射镜7)之间光路存在损伤点。若TX1、TX3和TX4中均出现损伤点，而TX2中无损伤点，说明第一小孔板3至第二小孔板14之间光路存在损伤点，同时，第一小孔板3至腔内放大器的腔镜(即第二反射镜7)之间光路存在损伤点。若TX1、TX2、TX3和TX4中均出现损伤点，说明取样光路存在损伤点、反转器模块16光路存在损伤点、第一小孔板3至第二小孔板14之间光路存在损伤点，同时，第一小孔板3至腔内放大器的腔镜(即第二反射镜7)之间光路存在损伤点。其中，反转器模块16的结构可参考CN202010829468.7一种泵浦光和信号光共用的多程放大系统。

综上所述，通过获取全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像，便可进行自动的离线处理，有效减少在线检测时间，灵活度高。通过判断损伤点位置，便于操作者对损伤元件进行更换，有效保证激光系统的建设进度和运行效率。同时，在第一小孔板3处设置匹配透镜8、改变光路模块4，在第二小孔板14处设置重频激光模块15，在整个判断过程中无需泄放真空，充分利用激光系统中的原有结构，提高了判断效率。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

沿着主激光正常的传输方向得到全光路模式下近场图像TX1，如图4(a)所示，此时，TX1中出现了损伤点。重频激光模块15由电机驱动移动到第二小孔板的第四孔1403位置，得到单通光路模式下第一近场图像TX2，如图4(b)所示，此时，TX2中无损伤点。将匹配透镜8、改变光路模块4推入光路内，得到单通光路模式下第二近场图像TX3，如图4(c)所示，此时，TX3中出现了损伤点。重频激光模块15由电机驱动移动到第二小孔板的第三孔1402位置，匹配透镜8、改变光路模块4处于光路外，得到单通光路模式下第三近场图像TX4，如图4(d)所示，此时，TX4中出现损伤点。通过TX1、TX2、TX3、TX4四幅近场图像的特征对比，可以判断出损伤点位于第一小孔板3至第二小孔板14之间光路中。

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 (10)

1.一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、在多程放大激光系统的输出端设置测量采集模块，并获取全光路模式下近场图像，若全光路模式下近场图像出现损伤点，则执行步骤S2，反之，则停止；

步骤S2、以空间滤波器的小孔板作为分界点，将多程光路分解为不同传输路径的单通光路，获取单通光路模式下近场图像；

步骤S3、对比全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像，判断出多程放大激光系统中损伤点的位置。

2.根据权利要求1所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，主激光沿着多程放大光路传输至其输出端，通过测量采集模块获取全光路模式下近场图像，标记为TX1。

3.根据权利要求2所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，步骤S1中，在多程放大激光系统的输出端设置取样P板，部分输出光束经取样P板入射至测量采集模块，形成取样光路。

4.根据权利要求3所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，所述多程放大激光系统包括腔内放大器和助推放大器，所述腔内放大器中空间滤波器的小孔板为第一小孔板，所述助推放大器中空间滤波器的小孔板为第二小孔板。

5.根据权利要求4所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，所述主激光的传输路径为：

先穿过第一小孔板的第一孔、第一小孔板的第二孔、第二小孔板的第二孔进入反转器模块，经反转器模块改变传输方向并穿过第二小孔板的第三孔、第一小孔板的第三孔，经腔内放大器的腔镜反射后，再依次穿过第一小孔板的第四孔、第二小孔板的第四孔并经输出端输出。

6.根据权利要求5所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，步骤S2中，获取单通光路模式下近场图像的方法为：

步骤S21、将重频激光模块移动到第二小孔板的第四孔位置，重频激光模块输出的重频激光经取样P板入射至测量采集模块，得到单通光路模式下第一近场图像，标记为TX2；

步骤S22、改变主激光的传输路径，促使主激光穿过第一小孔板的第一孔后并直接返回其第四孔作为判断光束，判断光束经助推放大器、取样P板入射至测量采集模块，得到单通光路模式下第二近场图像，标记为TX3；

步骤S23、将重频激光模块移动到第二小孔板的第三孔位置，重频激光反向传输至腔内放大器并经腔内放大器再次传输至助推放大器，最后经取样P板入射至测量采集模块，得到单通光路模式下第三近场图像，标记为TX4。

7.根据权利要求6所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，步骤S22中，将改变光路模块推入光路，促使主激光穿过第一小孔板的第一孔后并直接返回其第四孔，将匹配透镜推入光路，将判断光束匹配成与主激光相同口径的光束。

8.根据权利要求7所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，所述改变光路模块和匹配透镜位于第一小孔板的不同侧。

9.根据权利要求8所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，步骤S23中，改变光路模块和匹配透镜位于光路外。

10.根据权利要求9所述的一种多程放大激光系统损伤点位置的判断方法，其特征在于，步骤S3中，全光路模式下近场图像和单通光路模式下近场图像的对比方法为：

若TX1、TX2、TX3和TX4中均无损伤点，说明整个光路不存在损伤点；

若TX1和TX2中均出现损伤点，而TX3和TX4中均无损伤点，说明取样光路存在损伤点；

若TX1和TX3中均出现损伤点，而TX2和TX4中均无损伤点，说明第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点；

若TX1和TX4中均出现损伤点，而TX2和TX3中无损伤点，说明第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点；

若TX1中出现损伤点，而TX2、TX3和TX4中均无损伤点，说明反转器模块光路存在损伤点；

若TX1、TX2和TX3中均出现损伤点，而TX4中无损伤点，说明取样光路存在损伤点，同时，第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点；

若TX1、TX2和TX4中均出现损伤点，而TX3中无损伤点，说明取样光路存在损伤点，同时，第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点；

若TX1、TX3和TX4中均出现损伤点，而TX2中无损伤点，说明第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点，同时，第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点；

若TX1、TX2、TX3和TX4中均出现损伤点，说明取样光路存在损伤点、反转器模块光路存在损伤点、第一小孔板至第二小孔板之间光路存在损伤点，同时，第一小孔板至腔内放大器的腔镜之间光路存在损伤点。

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