CN113552725A - 一种激光束同轴同波面控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光束同轴同波面控制系统及方法，属于光学工程技术领域，包括多路输入子束激光、取样镜、光束分离单元和处理机，输入子束激光通过准直传输单元传输至第一合束元件形成合束激光，合束激光经取样镜分为测量激光和主激光，光束分离单元将测量激光分成多路测量子束激光，保证多路测量子束激光的波前像差能够被分别采集，处理机对波前像差进行计算，得到指向信息和离焦信息，实现对输入子束激光的指向控制和焦面控制，本发明借助光束分离单元，实现一台波前传感器或图像传感器分别采集多路激光波前信息或光斑信息，通过处理机计算得出指向信息和离焦信息，并驱动器件进行调节，实现闭环控制，消除光路的指向误差和焦面误差。

Description

一种激光束同轴同波面控制系统及方法

技术领域

本发明属于光学工程技术领域，具体地说涉及一种激光束同轴同波面控制系统及方法。

背景技术

光纤激光器由于热效应、非线性效应等因素的限制，单纤单模的激光输出被限制在万瓦量级，若要获得更高功率水平，则需要采用多路光束合束方式实现。光束合束分为相干合成和非相干合成，光谱合成作为非相干合成的一种方式，由于设计相对简单，能获得高质量的高功率光束，因此得到了广泛应用。多个波长稍有不同的子束激光，分别经过准直变成平行光后，通过色散元件使其在空间叠加，从而提高合成光束的总输出功率，并具有优良的光束质量。然而，因为振动、冲击、环境干扰、高能热效应等因素，将会导致原本同轴同波面发射的各子束激光指向性发生变化、焦点不再重合，使得合成效果下降、光束质量变差、焦斑功率密度降低。因此，为了确保高精度合成，多路激光间高精度同轴、同波面实时监测与控制是一项关键技术。

现有针对激光合束的闭环控制或自动对准装置，主要利用传感器实时监测各子束激光的光束指向信息，并通过反馈控制倾斜镜来实时消除各子束激光的指向误差，实现多路光束的共轴发射，即现有技术主要针对各子束激光的同轴度进行控制，考虑焦点在平面内的变化，但是没有考虑焦点的焦面变化造成的合束性能下降，如CN201210152113.4基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径功率合成系统。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种激光束同轴同波面控制系统及方法，基于时空分时复用，对多路不同波长的输入子束激光进行高精度同轴、同波面控制，通过对各输入子束激光的指向信息和波面信息进行实时监测和闭环控制，消除因振动、热效应等因素造成的合束性能下降，以实现静态、准静态和动态条件下的高精度合成。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光束同轴同波面控制系统，包括：

波长不同的多路输入子束激光，且输入子束激光通过准直传输单元传输至第一合束元件进行合成输出形成合束激光；

取样镜，所述合束激光经取样镜透射反射后分为测量激光和主激光；

光束分离单元，将测量激光分成多路测量子束激光，保证多路测量子束激光能够被分别采集；

处理机，其对多路测量子束激光的采集信息进行计算，得到指向信息和离焦信息，实现对输入子束激光的指向控制和焦面控制。

进一步，所述输入子束激光不少于2路。

进一步，所述准直传输单元包括准直透镜和快反镜，且处理机分别与准直透镜的驱动单元、快反镜的驱动单元通讯连接，调节准直透镜的平移量、快反镜的倾斜角度，实现输入子束激光焦面平移和角移调整。

进一步，所述第一合束元件的前表面镀短波长高反膜，对短波长的输入子束激光进行反射，且第一合束元件的前表面、后表面均镀长波长高透膜，对长波长的输入子束激光进行透射。

进一步，主激光可根据实际需要进入激光发射系统作用于目标上。

进一步，所述光束分离单元包括分束元件和多个光闸，分束元件将测量激光分成多路测量子束激光，光闸与测量子束激光一对一设置，通过调节多个光闸的控制信号，实现波前传感器对多路测量子束激光的分时采集。

进一步，所述测量子束激光与输入子束激光的路数相同。

进一步，所述分束元件的后表面镀短波长高反膜，对短波长的测量激光进行反射，且分束元件的前表面、后表面均镀长波长高透膜，对长波长的测量激光进行透射。

进一步，所述分束元件为分光镜。

进一步，通过光闸控制的多路测量子束激光经第二合束元件、缩束镜组传输至波前传感器。

优选的，所述缩束镜组为消色差透镜组。

进一步，所述第二合束元件的前表面镀短波长高反膜，对短波长的测量子束激光进行反射，且第二合束元件的前表面、后表面均镀长波长高透膜，对长波长的测量子束激光进行透射。

优选的，所述第一合束元件、第二合束元件为合束镜。

进一步，所述光闸与处理机通讯连接，通过控制光闸开启或关闭，调节多路测量子束激光通过第二合束元件的时序。

进一步，光闸在开启状态的维持时间与波前传感器采集波前的时间保持一致。

进一步，设定测量子束激光的路数为n(n≥2)，则n路测量子束激光的时序关系为：

在上一个时序周期内，第n路测量子束激光上升沿对应第n-1路测量子束激光的下降沿，在下一个时序周期内，第1路测量子束激光上升沿对应第n路测量子束激光的下降沿。

进一步，上升沿触发光闸开启，高电平保持，下降沿触发光闸关闭。在光闸开启状态下，光束可以通过光闸，反之，光束无法通过光闸。

进一步，处理机利用Zernike多项式对波前像差进行分解，Zernike多项式中的第二项Z2和第三项Z3对应于倾斜项，分别反映光波波前在x和y方向的整体倾斜，第四项Z4对应于离焦项，反映光波的焦点变化，计算得出的波前像差与参考波前像差进行比较，得出测量子束激光在水平方向、俯仰方向的误差大小和方向以及离焦量，具体过程请参考基于Zernike多项式计算几何像差的研究(于伟莉)、离焦位置任意波长透射波前Zernike系数算法研究(张齐元)等。

进一步，倾斜项作为测量子束激光的光束指向基准，即同轴控制基准，离焦项作为测量子束激光的调焦控制基准，即同波面控制基准。

另，本发明还提供一种激光束同轴同波面控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤S100、调试各路输入子束激光，初次实现同轴同波面，并获得参考波前像差；

步骤S200、将实时采集的实时波前像差与参考波前像差进行比较，得出测量子束激光的倾斜项和离焦项，由处理机控制快反镜和准直透镜，实现对各路输入子束激光闭环控制，再次实现同轴同波面。

进一步，所述步骤S100包括：

步骤S101、将分束元件、光闸和第二合束元件移出光路，调试第1路输入子束激光，使其光斑分别位于第一合束元件前表面、取样镜前表面以及波前传感器上，且波前像差中倾斜项和离焦项的PV值均小于0.05um；

步骤S102、调试第2路输入子束激光，使其光斑在第一合束元件前表面、取样镜前表面以及波前传感器的位置与第1路输入子束激光的光斑位置重合，且波前像差中倾斜项和离焦项的PV值均小于0.05um；

步骤S103、重复步骤S102，直至完成对所有输入子束激光的调试，初次实现同轴同波面；

步骤S104、将分束元件、光闸和第二合束元件移入光路，调节多个光闸的控制时序，实现波前传感器对测量子束激光的分时采集，获得参考波前像差。

进一步，快反镜的控制方法为：

步骤一、对快反镜两个方向分别施加电压，计算波前像差Z2和Z3变化，假定快反镜在x方向施加的电压为Vx，y方向施加的电压为Vy，则有

其中，a、b、c、d均表示快反镜控制系数，施加(Vx,0)时，波前像差倾斜项变化量分别为Z21和Z31，施加(0,Vy)时，波前像差倾斜项变化量分别为Z22和Z32，计算得出a、b、c、d；

步骤二、计算实时波前像差与参考波前像差偏差，分解出倾斜项，根据快反镜控制系数和波前像差倾斜项，计算得出快反镜需要施加的电压；

步骤三、对快反镜施加电压，波前传感器采集波前像差并计算倾斜项，若倾斜项数值大于设定阈值，则重复步骤二，反之，则闭环控制完成。

进一步，计算分解得出实时波前像差离焦量，准直透镜随意选择一个方向移动，波前传感器采集并计算得出离焦量，若离焦量持续变大，则准直透镜反方向移动，此时，离焦量逐渐变小再变大。当离焦量超过最小值又持续变大后，则返回，直至找到离焦量最小值位置，离焦量最小值通常接近于零。

进一步，在步骤S101中，第1路输入子束激光的光斑分别位于第一合束元件前表面中央、取样镜前表面中央以及波前传感器中央。

进一步，所述光束分离单元还可为色散元件，色散元件将测量激光从空间上分离形成多路测量子束激光，且多路测量子束激光在图像传感器上成为独立的像点，实现图像传感器对多路测量子束激光的分区域采集。

优选的，所述图像传感器为CCD。

进一步，所述测量子束激光与输入子束激光的路数相同。

另，本发明还提供一种激光束同轴同波面控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤S201、将色散元件移出光路，调试第1路输入子束激光，使其光斑分别位于第一合束元件前表面、取样镜前表面以及图像传感器上，且光斑尺寸达到最小值；

步骤S202、调试第2路输入子束激光，使其光斑在第一合束元件前表面、取样镜前表面以及图像传感器的位置与第1路输入子束激光的光斑位置重合，且光斑尺寸达到最小值；

步骤S203、重复步骤S202，直至完成对所有输入子束激光的调试，初次实现同轴同波面；

步骤S204、将色散元件移入光路，图像传感器对测量子束激光分区域采集得到测量子束激光的参考位置，由处理机处理光斑得到光斑的质心坐标和半径；

步骤S205、实时采集光斑的实时位置，将实时位置与参考位置变化作为指向信息并反馈调节快反镜，使光斑始终处于参考位置，将光斑的尺寸变化作为离焦信息并反馈调节准直透镜，使光斑尺寸达到最小值，实现对各路输入子束激光闭环控制。

进一步，快反镜的控制方法为：

步骤一、对快反镜两个方向分别施加电压，计算光斑位置(X,Y)变化，假定快反镜在x方向施加的电压为Vx，y方向施加的电压为Vy，则有

其中，a、b、c、d均表示快反镜控制系数，施加(Vx,0)时，光斑坐标变化量为(X1,Y1)，施加(0,Vy)时，光斑坐标变化量为(X2,Y2)，计算得出a、b、c、d；

步骤二、计算实时位置与参考位置偏差，根据快反镜控制系数和光斑坐标变化，计算得出快反镜需要施加的电压；

步骤三、对快反镜施加电压，图像传感器采集光斑并判断位置偏差，若位置偏差大于设定阈值，则重复步骤二，反之，则闭环控制完成。

进一步，记录实时位置的光斑尺寸，准直透镜随意选择一个方向移动，图像传感器采集光斑并计算光斑尺寸，若光斑尺寸持续变大，则准直透镜反方向移动，此时，光斑逐渐变小再变大。当光斑尺寸超过最小值又持续变大后，则返回，直至找到最小焦斑。

本发明的有益效果是：

1、借助光束分离单元，实现一台波前传感器或图像传感器对多路激光波前信息的或光斑信息分别采集，通过处理机计算得出指向信息和离焦信息，进而驱动器件进行调节，实现闭环控制，消除光路的指向误差和焦面误差。

2、利用光束经取样镜反射和透射后的共轭原理，当测量激光实现同轴同波面时，同时也就消除了主激光的同轴同波面误差。

3、光闸的响应时间可达ms量级，各路测量子束激光的闭环控制延时为ms量级，ms量级时间内光束的指向信息和离焦信息变化量较小，可忽略不计，同时，快反镜、准直透镜的响应时间也极其短暂，拥有较高的闭环控制带宽，实现了多路光束的同轴同波面控制。

4、在完成各路输入子束激光精密调试后，再开展测量子束激光的参考波前像差标定，后续闭环控制以标定的参考波前像差为参考，消除测试光路波前畸变对同轴同波面控制效果的影响。

5、在各路输入子束激光长时间工作条件下进行光束稳定合成，消除长期工作过程中因振动、冲击、高能热效应等因素导致的光束抖动、光束离焦，保持了激光合束后的高光束质量。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的整体结构示意图；

图2是多个光闸控制时序示意图；

图3是本发明另一种实施方式的整体结构示意图。

附图中：1-第1路输入子束激光、2-第2路输入子束激光、3-准直透镜、4-快反镜、5-第一合束元件、6-取样镜、7-激光发射系统、8-分束元件、9-第一光闸、10-第二合束元件、11-第二光闸、12-缩束镜组、13-色散元件；

图2中由上自下依次表示第1路测量子束激光、第2路测量子束激光、第3路测量子束激光。

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所示，一种激光束同轴同波面控制系统，包括：多路输入子束激光、取样镜6、光束分离单元和处理机，其中，多路输入子束激光的波长不同，且输入子束激光不少于2路，所述输入子束激光通过准直传输单元传输至第一合束元件5进行合成输出形成合束激光，所述合束激光经取样镜6透射反射后分为测量激光和主激光，主激光可根据实际需要进入激光发射系统7作用于目标上，光束分离单元将测量激光分成多路测量子束激光，保证波前传感器能够分别采集多路测量子束激光的波前像差，处理机对波前传感器采集的多路测量子束激光的波前像差进行计算，得到指向信息和离焦信息，实现对输入子束激光的指向控制和焦面控制。利用光束经取样镜6反射和透射后的共轭原理，当测量激光实现同轴同波面时，同时也就消除了主激光的同轴同波面误差。同时，借助光束分离单元，实现一台波前传感器对多路激光波前信息的分别采集，通过处理机计算得出指向信息和离焦信息，进而驱动器件进行调节，实现闭环控制，消除光路的指向误差和焦面误差。

所述准直传输单元包括准直透镜3和快反镜4，且处理机分别与准直透镜3的驱动单元、快反镜4的驱动单元通讯连接，调节准直透镜3的平移量、快反镜4的倾斜角度，实现输入子束激光焦面平移和角移调整。优选的，所述快反镜4可以是压电驱动快反镜或音圈驱动快反镜。

所述第一合束元件5的前表面镀短波长高反膜，对短波长的输入子束激光进行反射，且第一合束元件5的前表面、后表面均镀长波长高透膜，对长波长的输入子束激光进行透射。

所述光束分离单元包括分束元件8和多个光闸，分束元件8将测量激光分成多路测量子束激光，光闸与测量子束激光一对一设置，通过调节多个光闸的控制信号，实现波前传感器对多路测量子束激光的分时采集。所述测量子束激光与输入子束激光的路数相同。所述分束元件8的后表面镀短波长高反膜，对短波长的测量激光进行反射，且分束元件8的前表面、后表面均镀长波长高透膜，对长波长的测量激光进行透射。所述分束元件8为分光镜。通过光闸控制的多路测量子束激光经第二合束元件10、缩束镜组12传输至波前传感器。优选的，所述缩束镜组12为消色差透镜组。所述光闸为光电式光闸。所述波前传感器为哈特曼波前传感器。

所述第二合束元件10的前表面镀短波长高反膜，对短波长的测量子束激光进行反射，且第二合束元件10的前表面、后表面均镀长波长高透膜，对长波长的测量子束激光进行透射。优选的，所述第一合束元件5、第二合束元件10为合束镜。本实施例中，输入子束激光共有2路，分别为第1路输入子束激光1、第2路输入子束激光2，其中，第1路输入子束激光1依次经过准直透镜3和快反镜4传输至第一合束元件5，第2路输入子束激光2依次经过准直透镜3、快反镜4、第一反射镜传输至第一合束元件5，并与第1路输入子束激光1合束形成合束激光。

所述光闸与处理机通讯连接，通过控制光闸开启或关闭，调节多路测量子束激光通过第二合束元件的时序。光闸在开启状态的维持时间与波前传感器采集波前的时间保持一致。光闸的响应时间可达ms量级，各路测量子束激光的闭环控制延时为ms量级，ms量级时间内光束的指向信息和离焦信息变化量较小，可忽略不计，同时，快反镜4、准直透镜3的响应时间也极其短暂，拥有较高的闭环控制带宽，实现了多路光束的同轴同波面控制。如图2所示，设定测量子束激光的路数为n(n≥2)，则n路测量子束激光的时序关系为：在上一个时序周期内，第n路测量子束激光上升沿对应第n-1路测量子束激光的下降沿，在下一个时序周期内，第1路测量子束激光上升沿对应第n路测量子束激光的下降沿。上升沿触发光闸开启，高电平保持，下降沿触发光闸关闭。在光闸开启状态下，光束可以通过光闸，反之，光束无法通过光闸。本实施例中，分束元件8将测量激光分成2路测量子束激光，分别为第1路测量子束激光、第2路测量子束激光，其中，第1路测量子束激光经第一光闸9传输至第二合束元件10，第2路测量子束激光经第二反射镜、第二光闸11、第三反射镜传输至第二合束元件10，其中，在上一个时序周期内，第2路测量子束激光上升沿对应第1路测量子束激光的下降沿，在下一个时序周期内，第1路测量子束激光上升沿对应第2路测量子束激光的下降沿。

处理机利用Zernike多项式对波前像差进行分解，Zernike多项式中的第二项Z2和第三项Z3对应于倾斜项，分别反映光波波前在x和y方向的整体倾斜，第四项Z4对应于离焦项，反映光波的焦点变化，计算得出的波前像差与参考波前像差进行比较，得出测量子束激光在水平方向、俯仰方向的误差大小和方向以及离焦量，具体过程请参考基于Zernike多项式计算几何像差的研究(于伟莉)、离焦位置任意波长透射波前Zernike系数算法研究(张齐元)等。倾斜项作为测量子束激光的光束指向基准，即同轴控制基准，离焦项作为测量子束激光的调焦控制基准，即同波面控制基准。

一种激光束同轴同波面控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤S100、调试各路输入子束激光，初次实现同轴同波面，并获得参考波前像差。具体的，包括如下步骤：

步骤S101、将分束元件8、光闸和第二合束元件10移出光路，调试第1路输入子束激光1，使其光斑分别位于第一合束元件5前表面、取样镜6前表面以及波前传感器上，且波前像差中倾斜项和离焦项的PV值均小于0.05um。

步骤S102、调试第2路输入子束激光2，使其光斑在第一合束元件5前表面、取样镜6前表面以及波前传感器的位置与第1路输入子束激光的光斑位置重合，且波前像差中倾斜项和离焦项的PV值均小于0.05um。

步骤S103、重复步骤S102，直至完成对所有输入子束激光的调试。

步骤S104、将分束元件8、光闸和第二合束元件10移入光路，调节多个光闸的控制时序，实现波前传感器对测量子束激光的分时采集，获得参考波前像差。

步骤S200、分束元件、光闸和第二合束元件处于光路中，鉴于长期工作过程中因振动、冲击、高能热效应等因素导致各路输入子束激光指向性发生变化、焦点不再重合，此时，调节多个光闸的控制时序，将实时采集的实时波前像差与参考波前像差进行比较，得出测量子束激光的倾斜项和离焦项，由处理机控制快反镜4和准直透镜3，实现对各路输入子束激光闭环控制，再次实现同轴同波面。

快反镜4的控制方法为：

步骤一、对快反镜4两个方向分别施加电压，计算波前像差Z2和Z3变化，假定快反镜4在x方向施加的电压为Vx，y方向施加的电压为Vy，则有

其中，a、b、c、d均表示快反镜4控制系数，施加(Vx,0)时，波前像差倾斜项变化量分别为Z21和Z31，施加(0,Vy)时，波前像差倾斜项变化量分别为Z22和Z32，计算得出a、b、c、d。

步骤二、计算实时波前像差与参考波前像差偏差，分解出倾斜项，根据快反镜4控制系数和波前像差倾斜项，计算得出快反镜4需要施加的电压。

步骤三、对快反镜4施加电压，波前传感器采集波前像差并计算倾斜项，若倾斜项数值大于设定阈值，则重复步骤二，反之，则闭环控制完成。

准直透镜3的控制方法为：

计算分解得出实时波前像差离焦量，准直透镜3随意选择一个方向移动，波前传感器采集并计算得出离焦量，若离焦量持续变大，则准直透镜3反方向移动，此时，离焦量逐渐变小再变大。当离焦量超过最小值又持续变大后，则返回，直至找到离焦量最小值位置，离焦量最小值通常接近于零。

优选的，在步骤S101中，第1路输入子束激光1的光斑分别位于第一合束元件5前表面中央、取样镜6前表面中央以及波前传感器中央。在完成各路输入子束激光精密调试后，再开展测量子束激光的参考波前像差标定，后续闭环控制以标定的参考波前像差为参考，消除测试光路波前畸变对同轴同波面控制效果的影响。

实施例二：

如图3所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

所述光束分离单元还可为色散元件13，色散元件13将测量激光从空间上分离形成多路测量子束激光，且多路测量子束激光在图像传感器上成为独立的像点，实现图像传感器对多路测量子束激光的光斑信息分区域采集。进一步，所述测量子束激光与输入子束激光的路数相同。优选的，所述图像传感器为CCD。

一种激光束同轴同波面控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤S201、将色散元件13移出光路，调试第1路输入子束激光1，使其光斑分别位于第一合束元件5前表面、取样镜6前表面以及图像传感器上，且光斑尺寸达到最小值。

步骤S202、调试第2路输入子束激光2，使其光斑在第一合束元件5前表面、取样镜6前表面以及图像传感器的位置与第1路输入子束激光的光斑位置重合，且光斑尺寸达到最小值。

步骤S203、重复步骤S202，直至完成对所有输入子束激光的调试，初次实现同轴同波面。

步骤S204、将色散元件13移入光路，图像传感器对测量子束激光分区域采集得到测量子束激光的参考位置，由处理机处理光斑得到光斑的质心坐标和半径。

步骤S205、色散元件13处于光路中，鉴于长期工作过程中因振动、冲击、高能热效应等因素导致各路输入子束激光指向性发生变化、焦点不再重合，此时，实时采集光斑的实时位置，将实时位置与参考位置变化作为指向信息并反馈调节快反镜4，使光斑始终处于参考位置，将光斑的尺寸变化作为离焦信息并反馈调节准直透镜3，使光斑尺寸达到最小值，实现对各路输入子束激光闭环控制。

快反镜4的控制方法为：

步骤一、对快反镜4两个方向分别施加电压，计算光斑位置(X,Y)变化，假定快反镜4在x方向施加的电压为Vx，y方向施加的电压为Vy，则有

其中，a、b、c、d均表示快反镜控制系数，施加(Vx,0)时，光斑坐标变化量为(X1,Y1)，施加(0,Vy)时，光斑坐标变化量为(X2,Y2)，计算得出a、b、c、d。

步骤二、计算实时位置与参考位置偏差，根据快反镜控制系数和光斑坐标变化，计算得出快反镜4需要施加的电压。

步骤三、对快反镜4施加电压，图像传感器采集光斑并判断位置偏差，若位置偏差大于设定阈值，则重复步骤二，反之，则闭环控制完成。

准直透镜3的控制方法为：

记录当前位置的光斑尺寸，准直透镜3随意选择一个方向移动，图像传感器采集光斑并计算光斑尺寸，若光斑尺寸持续变大，则准直透镜3反方向移动，此时，光斑逐渐变小再变大。当光斑尺寸超过最小值又持续变大后，则返回，直至找到最小焦斑。

在完成各路输入子束激光精密调试后，再开展测量子束激光的参考位置标定，后续闭环控制以标定的参考位置为参考，消除测试光路波前畸变对同轴同波面控制效果的影响。

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)

1.一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，包括：

波长不同的多路输入子束激光，且输入子束激光通过准直传输单元传输至第一合束元件进行合成输出形成合束激光；

取样镜，所述合束激光经取样镜透射反射后分为测量激光和主激光；

光束分离单元，将测量激光分成多路测量子束激光，保证多路测量子束激光能够被分别采集；

处理机，其对多路测量子束激光的采集信息进行计算，得到指向信息和离焦信息，实现对输入子束激光的指向控制和焦面控制。

2.根据权利要求1所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，所述准直传输单元包括准直透镜和快反镜，且处理机分别与准直透镜的驱动单元、快反镜的驱动单元通讯连接，调节准直透镜的平移量、快反镜的倾斜角度，实现输入子束激光焦面平移和角移调整。

3.根据权利要求2所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，所述光束分离单元包括分束元件和多个光闸，分束元件将测量激光分成多路测量子束激光，光闸与测量子束激光一对一设置，通过调节多个光闸的控制信号，实现对多路测量子束激光的分时采集。

4.根据权利要求3所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，通过光闸控制的多路测量子束激光经第二合束元件、缩束镜组传输至波前传感器。

5.根据权利要求4所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，所述光闸与处理机通讯连接，通过控制光闸开启或关闭，调节多路测量子束激光通过第二合束元件的时序。

6.根据权利要求5所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，设定测量子束激光的路数为n，且n≥2，则n路测量子束激光的时序关系为：

在上一个时序周期内，第n路测量子束激光上升沿对应第n-1路测量子束激光的下降沿，在下一个时序周期内，第1路测量子束激光上升沿对应第n路测量子束激光的下降沿。

7.根据权利要求6所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，处理机利用Zernike多项式对波前像差进行分解，Zernike多项式中的第二项和第三项对应于倾斜项，分别反映光波波前在x和y方向的整体倾斜，第四项对应于离焦项，反映光波的焦点变化，计算得出的波前像差与参考波前像差进行比较，得出测量子束激光在水平方向、俯仰方向的误差大小和方向以及离焦量。

8.根据权利要求2所述的一种激光束同轴同波面控制系统，其特征在于，所述光束分离单元为色散元件，色散元件将测量激光从空间上分离形成多路测量子束激光，且多路测量子束激光在图像传感器上成为独立的像点，实现图像传感器对多路测量子束激光的分区域采集。

9.一种采用如权利要求7所述的激光束同轴同波面控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100、调试各路输入子束激光，初次实现同轴同波面，并获得参考波前像差；

步骤S200、将实时采集的实时波前像差与参考波前像差进行比较，得出测量子束激光的倾斜项和离焦项，由处理机控制快反镜和准直透镜，实现对各路输入子束激光闭环控制，再次实现同轴同波面。

10.根据权利要求9所述的一种基于时空分时复用的激光束同轴同波面控制方法，其特征在于，所述步骤S100包括：

步骤S101、将分束元件、光闸和第二合束元件移出光路，调试第1路输入子束激光，使其光斑分别位于第一合束元件前表面、取样镜前表面以及波前传感器上，且波前像差中倾斜项和离焦项的PV值均小于0.05um；

步骤S102、调试第2路输入子束激光，使其光斑在第一合束元件前表面、取样镜前表面以及波前传感器的位置与第1路输入子束激光的光斑位置重合，且波前像差中倾斜项和离焦项的PV值均小于0.05um；

步骤S103、重复步骤S102，直至完成对所有输入子束激光的调试，初次实现同轴同波面；

步骤S104、将分束元件、光闸和第二合束元件移入光路，调节多个光闸的控制时序，实现波前传感器对测量子束激光的分时采集，获得参考波前像差。

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