CN113960826A - 一种抽运激光的光束整形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种抽运激光的光束整形方法及装置，将从其激光光源发出的不完整高斯光束通过隔离器、光纤耦合器、准直镜、扩束器和起偏器进行处理后得到的初整光束，通过光束整形优化算法、液晶空间光调制器和4f滤波系统处理后，得到均匀性不低于理想均匀光束均匀性的90％的优化后的均匀平顶光束。该优化后的均匀平顶光束的在保留激光强度的基础上，实现激光光束的均匀化整形设计，解决传统抽运激光系统中整形系统冗长和调试困难的问题，且该方法为非理想的激光光源的光束整形设计提供了新思路。
Description
技术领域
本发明属于SERF(Spin-Exchange Relaxation-Free，无自旋交换弛豫)态原子超高灵敏惯性测量技术领域，具体涉及一种优化抽运激光系统中激光的光束整形方法及装置。
背景技术
基于SERF可以实现超高灵敏度惯性测量，超高灵敏度惯性测量装置主要包括：碱金属气室、磁场屏蔽系统、驱动激光系统和检测激光系统。在惯性测量时，核子弛豫时间、核子极化率、核子与电子的自旋交换速率是惯性测量装置的关键参数，气室内核子极化率与激光信号强度成正比，通过提高核子极化率以及降低原子弛豫来增强激光信号，可以突破惯性测量装置的灵敏度。在超高灵敏度惯性测量装置中，激光覆盖整个敏感元件气室，如果抽运激光光斑不均匀，会直接导致电子极化率不均匀，影响核磁共振惯性测量装置的零偏稳定性和角度随机游走，进而降低整体系统的灵敏度。将抽运激光的高斯光束通过光束整形，改善抽运激光的质量，得到高强均匀光束，可以避免由于抽运激光产生的横向极化率梯度引起的极化率不均匀问题，从而使得超高灵敏惯性测量装置的灵敏度进一步提高。
目前，使用最为广泛的半导体激光器，其光源均是不规则的，需对其进行光束整形设计。典型的激光光束整形方法包括非球面透镜法、双折射透镜组整形法、二元光学整形法、微透镜阵列整形法和液晶空间光调制器整形法。
其中，非球面透镜法原理简单、能量利用率高，实现相对容易；但是激光参数更改后，需要重新设计和制造新的高精度非球面透镜，高精度非球面透镜的生产和加工非常昂贵，故而大幅增加测量成本。
双折射透镜组整形法灵活方便，可以随着光束参数的变化灵活地改变透射率函数，但是仅仅适合于某些线性偏振高斯光束的整形，不能用于绝大部分光束的整形。
二元光学整形法具有体积小、衍射效率高等特点；但是，目前二元光学元件的激光损伤阈值比较低，在较强激光系统的应用上还有困难。
微透镜阵列整形法结构简单、微透镜阵列材料口径大，可用于实现高能激光束的整形；但是其输出光束是许多子光束在观察屏上叠加的结果，所以会产生严重干涉，输出光束的均匀度达不到使用要求。
发明内容
本发明提供一种抽运激光的光束整形方法及装置，通过光束整形优化算法、液晶空间光调制器和4f滤波系统，将随机式不完整高斯光束处理为能达到理想均匀光束均匀性的90％的优化后的均匀平顶光束，并能最大限度的保留激光强度，实现激光光束的均匀化整形设计，解决传统抽运激光系统中整形系统冗长和调试困难的问题。
本发明技术方案如下：
一种抽运激光的光束整形方法，包括如下步骤，
S1，对激光器发出的光束进行初步整形，得到初整光束；采用光束质量分析仪对所述初整光束进行分析，得到所述初整光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息；
S2，利用液晶空间光调制器的液晶分子的双折射效应、电光特性和能量守恒定律，将所述初整光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息输入高斯光束构建模型得到理想高斯光束；
S3，将所述理想高斯光束输入高斯光束整形模型，得到理想均匀光束；
S4，将所述初整光束与所述理想均匀光束在光束整形优化算法中进行相关性分析，将随机式得所述初整光束转为区间划分的第一均匀光束，并得到区间划分的第一均匀光束的相位信息图；所述均匀光束整形优化算法为在GS算法基础上进行的改进优化算法；
S5，将所述区间划分的第一均匀光束的相位信息图经过相位与灰度的调制程序后，得到其灰度信息图，将该灰度信息图加载到液晶空间光调制器，得到第二均匀光束；
S6，将所述第二均匀光束经过4f滤波系统处理得到优化后的均匀平顶光束，所述优化后的均匀平顶光束的均匀性不低于理想均匀光束均匀性的90％；
S7，将所述优化后的均匀光束通过准直镜、扩束操作进行校准，然后送入碱金属气室。
作为优选，所述均匀光束整形优化算法为在GS算法基础上进行的改进优化算法，包括如下步骤：
S4.1，将光束光强分布的整个区间定义为完整区间Z，所述完整区间Z分为规定区间G和其他区间Q，所述规定区间G为所期望的光束光强分布所在的区间；引入用来调节所述规定区间和所述其他区间范围的比例因子自由度μ；
S4.2，将所述初整光束振幅分布视为第一入射光场振幅分布，所述理想均匀光束视为最终出射光场分布；已知初整光束振幅分布为f0(xm,ym)，规定区间G 内的初整光束振幅分布为fG(0)(xm,ym)，其他区间Q内的初整光束振幅分布为 fQ(0)(xm,ym)；理想均匀光束振幅分布为g(0)(xn,yn)，规定区间G内的理想均匀光束振幅分布为gG(0)(xn,yn)，其他区间Q内的理想均匀光束振幅分布为gQ(0)(xn,yn)；
S4.3，每次迭代均随机生成初始相位
入射光场分布可表示为：
其中，k为迭代次数，k＝1，2，3，4……；且k>1时，
或
S4.4，由于在夫琅和费衍射和透镜聚焦模型中，入射光场分布和出射光场分布之间存在可逆变换关系；对入射光场分布进行傅里叶变换，得到：
进而计算出射光场相位
S4.5，将上式中，规定区间G内的振幅FG(xn，yn)用比例因子自由度μ乘以 gG(xn,yn)代替，其他区间Q内的振幅FQ(xn，yn)用(1-μ)乘以fQ(xm,ym)代替，得到出射光场：
S4.6，对所述出射光场进行傅里叶逆变换，保持相位不变，得到：
S4.7，用初整光束振幅分布fQ(k-1)(xm,ym)替换上式fQ(xm,ym)，保持相位不变，得到优化入射光场分布Ek：
Ek＝[|fG(xm，ym)|+|fk-1(xm，ym)|exp[iφ(k)(xk，yk)]；
S4.8，引入描述Ek和EE相关程度的相关系数γ，
其中，cov(Ek，EE)为Ek与EE的协方差，Var|Ek|为Ek的方差，Var|EE|为EE的方差；
S4.9，若所述相关系数γ大于或等于指标参数A，则输出此时的相位
若γ小于指标参数，则循环步骤S4.3-S4.7，进行多次迭代，直至所述相关系数γ大于或等于指标参数A，输出此时的相位
所述相位信息图即为所述相位
组成的相位函数图。
作为优选，所述相关系数γ值越大，表示相关程度越大，也即为Ek和EE相关程度越好；较小时，通常说Ek和EE相关程度较差，对应相关程度最低；相关系数γ＝1时，Ek和EE完全相关。
作为优选，所述比例因子自由度：
其中f(x，y)为光振幅函数。
作为优选，所述初整光束是指将激光器发出的激光经过隔离器、光纤耦合器、准直镜、扩束器和起偏器进行处理后得到的光束。
作为优选，所述指标参数A的取值范围为0.8-1。
作为优选，将均方根误差e、能量利用率η和顶部不均匀度δ作为优化后的均匀光束的测试指标；
其中，W表示在观察屏上规定区间内的均匀光束区域；I(x,y)表示整个观察屏上所有区域的光强分布，包括均匀光束区域以及其边缘的非均匀区域；n是均匀光束区域离散点的采样总数；I'(x,y)是平顶光束区域的平均光强。
一种抽运激光的光束整形装置，使用上述的抽运激光的光束整形方法进行抽运激光的光束整形，包括按照光路要求依次设置的隔离器、光纤耦合器、准直镜、扩束器、起偏器、光束整形优化模块、液晶空间光调制器和光束质量分析仪；所述初整光束从所述起偏器送出，所述初整光束进入所述液晶空间光调制器之前经过所述光束整形优化模块得到相位信息图；所述光束整形优化模块内置有均匀光束整形优化算法。
作为优选，所述光束整形优化模块内置于所述液晶空间光调制器之内。
作为优选，所述液晶空间光调制器和光束质量分析仪之间还设有4f滤波系统。
本发明相对于现有技术优势在于：
1、本发明所述抽运激光的光束整形方法，其激光光源是不完整的高斯光束，将其进行简单初步处理后，得到初整光束的，计算该初整光束在理论上的理想均匀光束，并将该理想均匀光束作为优化光路和光束整形优化算法中的目标比对光束，得到相位信息图，进而得到能够被液晶空间光调制器识别并处理的灰度信息图；从液晶空间光调制器输出的初始均匀光束，能够很大程度上避免后续4f滤波系统的光学设计上的误差，同时该初始均匀光束经过 4f滤波系统进行常规处理后，便能得到优化后的均匀平顶光束。该优化后的均匀平顶光束的均匀性不低于理想均匀光束均匀性的90％，在保留激光强度的基础上，实现激光光束的均匀化整形设计。解决传统抽运激光系统中整形系统冗长和调试困难的问题。且该方法为非理想的激光光源的光束整形设计提供了新思路。
2、本发明所述抽运激光的光束整形方法，通过将把初整光束的整个光强分布区间分为规定区间和其他区间，规定区间和其他区间按比例因子自由度μ进行划分，使得两者按相关比例，比例因子自由度μ相加为1；以减少对光强的分布的限制。把理想均匀光束的相关特征，特换在规定区间，而其他区间不变，同时运用相关系数γ，以保持两者相关联系性；并建立相关性评价的指标参数，也即为输出光束的顶部不均匀性的指标参数；在规定区间内随机生成初始相位分布为
随机地选择微小的相位变化
对新相位进行夫琅和费衍射运算，如果计算得到的相关系数γ比之前的好，则接受相位更改；如果比之前的数差，则有概率决定是否更改；如果更改，则新的相位分布为
否则，新的相位分布仍为
然后随机选择一个微小的相位变化
然后执行上述操作，多次缓慢改变相位，进行多次迭代，最终得到的相位分布是全局最优相位分布。而在不规定区间，进行相关循环次数的傅里叶变换，将目标光束的振幅分布替换。傅里叶逆变换，保持相位不变，在用初始振幅替换此刻振幅，保持相位不变。即可优化系统。
附图说明
图1是本发明所述抽运激光的光束整形方法流程图；
图2是本发明所述抽运激光的光束整形方法之均匀光束整形优化算法的流程图；
图3是本发明所述均匀光束整形优化算法的整个区间Z、规定区间G和其他区间Q的示意图；
图4是本发明所述抽运激光的光束整形装置(不含有4f滤波系统)；
图5是本发明所述抽运激光的光束整形装置(含有4f滤波系统)；
图6是激光器发出的光束进行初步整形得到的初整光束在Maltab软件的模拟示意图，其中a为光斑示意图；b为光束三维示意图；c为光束三维示意图中的一横截面示意图；
图7是理想均匀光束在Maltab软件的模拟示意图，其中a为光斑示意图； b为光束三维示意图；c为光束三维示意图中的一横截面示意图；
图8是经过光束整形优化算法和液晶空间光调制器，但是没有经过4f 滤波系统后得到的第一均匀光束在Maltab软件的模拟示意图，其中a为光斑示意图；b为光束三维示意图；c为光束三维示意图中的一横截面示意图；
图9是没有经过均匀光束整形优化算法和液晶空间光调制器，但是经过4f滤波系统后得到的第二均匀光束在Maltab软件的模拟示意图，其中a为光斑示意图；b为光束三维示意图；c为光束三维示意图中的一横截面示意图；
图10是经过均匀光束整形优化算法和液晶空间光调制器，并经过4f滤波系统后得到的优化后的均匀平顶光束在Maltab软件的模拟示意图，其中a 为光斑示意图；b为光束三维示意图；c为光束三维示意图中的一横截面示意图。
图中各标号为：1-检测激光器；2-隔离器；3-光纤耦合器；4-准直镜；5- 扩束；6-起偏器；7-空间光调制器；8-光束质量分析仪；9-计算机；10-4f滤波系统。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。
实施例1
一种抽运激光的光束整形方法，其流程图如图1所示，包括如下步骤，
S1，对激光器1发出的光束经过图4所示的隔离器2、光纤耦合器3、准直镜4、扩束器5和起偏器6进行处理后得到的光束进行初步整形，得到初整光束；采用光束质量分析仪对所述初整光束进行分析，得到所述初整光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息；所述初整光束在 Maltab软件的模拟示意图如图6所示。
S2，利用液晶空间光调制器7的液晶分子的双折射效应、电光特性和能量守恒定律，将所述初整光束的光强、束腰半径以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息输入高斯光束构建模型得到理想高斯光束；具体地，在计算机9内的Maltab软件上，通过将初整光束的光强、束腰半径以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息输入公式
得到理想高斯光束的表达式，其中，I1为光强；x为x轴上的坐标值；y为y轴上的坐标值；w0为束腰半径，具体定义为光强下降为中心1/2的点与光束中心之间的距离；I(x,y)为整个观察屏上所有区域的光强分布；
S3，将所述理想高斯光束输入高斯光束整形模型得到理想均匀光束；具体地，在Maltab软件上，通过将步骤S2得到的理想高斯光束的表达式输入公式
得到理想均匀光束的表达式，其中，w1为均匀光束的半腰高宽，n为高阶幂，决定了光束的基本形状，I(x,y)为整个观察屏上所有区域的光强分布；所述理想均匀光束在Maltab软件的模拟示意图如图7所示。
S4，将所述初整光束与所述理想均匀光束在光束整形优化算法中进行相关性分析，将随机式初整光束转为区间划分的第一均匀光束，并得到区间划分的第一均匀光束的相位信息图；所述光束整形优化算法为在GS算法基础上进行的改进优化算法；
S5，将所述相位信息图经过相位与灰度的调制程序后，得到灰度信息图，将该灰度信息图加载到液晶空间光调制器7，得到第二均匀光束；所述第二均匀光束在Maltab软件的模拟示意图如图8所示。
S6，将所述第二均匀光束经过4f滤波系统10处理得到优化后的均匀平顶光束，所述优化后的均匀平顶光束的均匀性不低于理想均匀光束均匀性的90％；所述优化后的均匀平顶光束在Maltab软件的模拟示意图如图10所示。
S7，将所述优化后的均匀光束通过准直镜、扩束操作进行校准，然后送入碱金属气室。
实施例2
所述均匀光束整形优化算法为在GS算法基础上进行的改进优化算法，其流程图如图2所示，包括如下步骤：
S4.1，将光束光强分布的整个区间定义为完整区间Z，所述完整区间Z分为规定区间G和其他区间Q，所述规定区间G为所期望的光束光强分布所在的区间；规定区间G的形状可以为圆形、椭圆形、方形或其他任意形状，如图4所示规定区间G的形状为椭圆形，通过引入用来调节所述规定区间和所述其他区间范围的比例因子自由度μ来确定规定区间G的形状；
其中f(x,y)为光振幅函数。
S4.2，将所述初整光束振幅分布视为第一入射光场振幅分布，所述理想均匀光束视为最终出射光场分布；已知初整光束振幅分布为f0(xm,ym)，规定区间G 内的初整光束振幅分布为fG(0)(xm,ym)，其他区间Q内的初整光束振幅分布为 fQ(0)(xm,ym)；理想均匀光束振幅分布为g(0)(xn,yn)，规定区间G内的理想均匀光束振幅分布为gG(0)(xn,yn)，其他区间Q内的理想均匀光束振幅分布为gQ(0)(xn,yn)；
S4.3，每次迭代均随机生成初始相位
入射光场分布可表示为：
其中，k为迭代次数，k＝1，2，3，4……；且k>1时，
或
S4.4，由于在夫琅和费衍射和透镜聚焦模型中，入射光场分布和出射光场分布之间存在可逆变换关系；对入射光场分布进行傅里叶变换，得到：
进而计算出射光场相位
S4.5，将上式中，规定区间G内的振幅FG(xn，yn)用比例因子自由度μ乘以 gG(xn，yn)代替，其他区间Q内的振幅FQ(xn，yn)用(1-μ)乘以fQ(xm，ym)代替，得到出射光场：
S4.6，对所述出射光场进行傅里叶逆变换，保持相位不变，得到：
S4.7，用初整光束振幅分布fQ(k-1)(xm，ym)替换上式fQ(xm，ym)，保持相位不变，得到优化入射光场分布Ek：
Ek＝[|fG(xm，ym)|+|fk-1(xm，ym)|exp[iφ(k)(xk，yk)]；
S4.8，引入描述Ek和EE相关程度的相关系数γ，
其中，cov(Ek，EE)为Ek与EE的协方差，Var|Ek|为Ek的方差，Var|EE|为EE的方差；所述相关系数γ值越大，表示相关程度越大，也即为Ek和EE相关程度越好；较小时，通常说Ek和EE相关程度较差，对应相关程度最低；相关系数γ＝1 时，Ek和EE完全相关。
S4.9，若所述相关系数γ大于或等于指标参数A，所述指标参数A的取值范围为0.8-1；则输出此时的相位
若γ小于指标参数，则循环步骤 S4.3-S4.7，进行多次迭代，直至所述相关系数γ大于或等于指标参数A，输出此时的相位
所述相位信息图即为所述相位
组成的相位函数图。
实施例3
为了比较单独光束整形优化算法后的液晶空间光调制器、单独4f滤波系统以及综合光束整形优化算法、液晶空间光调制器和4f滤波系统三种方案下的对光束整形效果，将均方根误差e、能量利用率η和顶部不均匀度δ作为优化后的均匀光束的测试指标；
其中，W表示在观察屏上规定区间内的均匀光束区域；I(x,y)表示整个观察屏上所有区域的光强分布，包括均匀光束区域以及其边缘的非均匀区域；n是均匀光束区域离散点的采样总数；I'(x,y)是平顶光束区域的平均光强。
首先，按照光路传递需求，如图4所示，依次布置隔离器2、光纤耦合器3、准直镜4、扩束器5和起偏器6、液晶空间光调制器7和光束质量分析仪8。
第一比对测试如下：不加液晶空间光调制器和4f滤波系统10；
具体地，关闭图4中的液晶空间光调制器7，由于所述液晶空间光调制器7 没有参与工作，故而打到所述光束质量分析仪8观察屏上的光束为初整光束，通过光束质量分析仪8获取初整光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息，将该信息输入Maltab软件进行光斑模拟，得到初整光束光斑示意图如图6(a)所示，初整光束三维示意图如图6(b)所示，初整光束三维示意图中的一横截面示意图如图6(c)所示。
在Maltab软件通过将初整光束的光强、束腰半径以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息输入公式
得到理想高斯光束的表达式，其中，I1为光强；x为x轴上的坐标值；y为y轴上的坐标值；w0为束腰半径，具体定义为光强下降为中心1/2的点与光束中心之间的距离；I(x,y)为整个观察屏上所有区域的光强分布；然后将所述理想高斯光束的表达式输入公式
得到理想均匀光束的表达式，其中，w1为均匀光束的半腰高宽，n为高阶幂，决定了光束的基本形状，I(x,y)为整个观察屏上所有区域的光强分布；在Maltab 软件里，显示根据该理想均匀光束的表达式绘制出的理想均匀光束光斑示意图图7(a)、理想均匀光束三维示意图图7(b)和理想光束三维示意图中的一横截面示意图图7(c)。
然后，基于图4所示设备，进行第二比对测试，加装载光束整形优化算法的空间光调制器。具体如下：
开启液晶空间光调制器7，并在液晶空间光调制器7内装载光束整形优化算法后，对光路进行结构微调使其满足测试需求后，最终打到所述光束质量分析仪8观察屏上的光束为第二均匀光束，通过光束质量分析仪获取第二均匀光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息，将该信息输入Maltab软件进行光斑模拟，得到第二均匀光束光斑示意图如图8(a)所示，第二均匀光束三维示意图如图8(b)所示，第二均匀光束三维示意图中的一横截面示意图如图8(c)所示。
第三比对测试：将图4中所述液晶空间光调制器7替换为4f滤波系统10，并调整光路使其符合测试需求后，最终打到所述光束质量分析仪8观察屏上的光束为第三均匀光束，通过光束质量分析仪8获取第三均匀光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息，将该信息输入Maltab 软件进行光斑模拟，得到第三均匀光束光斑示意图如图9(a)所示，第三均匀光束三维示意图如图9(b)所示，第三均匀光束三维示意图中的一横截面示意图如图9(c)所示。
第四比对测试，基于图4所示设备，装载光束整形优化算法到液晶空间光调制器7，并在液晶空间光调制器7与所述光束质量分析仪8之间加装4f滤波系统10得到如图4所示设备。调整光路使其符合测试需求后，最终打到所述光束质量分析仪8观察屏上的光束为均匀平顶光束，通过光束质量分析仪8获取均匀平顶光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息，将该信息输入Maltab软件进行光斑模拟，得到均匀平顶光束光斑示意图如图10(a)所示，均匀平顶光束三维示意图如图10(b)所示，均匀平顶光束三维示意图中的一横截面示意图如图10(c)所示。
通过图6-10的对比可知，本发明所述抽运激光的光束整形方法，将不完整的高斯光束激光光源，进行均匀光束整形优化算法、液晶空间光调制器处理的和4f滤波系统处理后，得到在保留激光强度的基础上，能够达到理想均匀光束均匀性的90％的优化后的均匀平顶光束。解决传统抽运激光系统中整形系统冗长和调试困难的问题。且该方法为非理想的激光光源的光束整形设计提供了新思路。
实施例4
一种抽运激光的光束整形装置，如图4所示，包括按照光路要求依次设置的隔离器2、光纤耦合器3、准直镜4、扩束器5、起偏器6、液晶空间光调制器 7和光束质量分析仪8，所述液晶空间光调制器7装载有光束整形优化模块，所述初整光束从所述起偏器送出，所述初整光束进入所述液晶空间光调制器之前经过所述光束整形优化模块得到相位信息图；所述光束整形优化模块内置有实施例1和2所述的均匀光束整形优化算法。所述光束整形优化模块优选内置于所述液晶空间光调制器之内。
作为优选，如图5所示，所述液晶空间光调制器7和光束质量分析仪8之间还设有4f滤波系统10。所述4f滤波系统10至少包括第一凸透镜、光阑和第二凸透镜。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种抽运激光的光束整形方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1，对激光器发出的光束进行初步整形，得到初整光束；采用光束质量分析仪对所述初整光束进行分析，得到所述初整光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息；
S2，利用液晶空间光调制器的液晶分子的双折射效应、电光特性和能量守恒定律，将所述初整光束的光强信息、束腰半径信息以及特定距离的光斑尺寸和光斑形状信息输入高斯光束构建模型得到理想高斯光束；
S3，将所述理想高斯光束输入高斯光束整形模型，得到理想均匀光束；
S4，将所述初整光束与所述理想均匀光束在光束整形优化算法中进行相关性分析，将随机式得所述初整光束转为区间划分的第一均匀光束，并得到区间划分的第一均匀光束的相位信息图；所述均匀光束整形优化算法为在GS算法基础上进行的改进优化算法；
S5，将所述区间划分的第一均匀光束的相位信息图经过相位与灰度的调制程序后，得到其灰度信息图，将该灰度信息图加载到液晶空间光调制器，得到第二均匀光束；
S6，将所述第二均匀光束经过4f滤波系统处理得到优化后的均匀平顶光束，所述优化后的均匀平顶光束的均匀性不低于理想均匀光束均匀性的90％；
S7，将所述优化后的均匀光束通过准直镜、扩束操作进行校准，然后送入碱金属气室。
2.根据权利要求1所述抽运激光的光束整形方法，其特征在于，所述均匀光束整形优化算法为在GS算法基础上进行的改进优化算法，包括如下步骤：
S4.1，将光束光强分布的整个区间定义为完整区间Z，所述完整区间Z分为规定区间G和其他区间Q，所述规定区间G为所期望的光束光强分布所在的区间；引入用来调节所述规定区间和所述其他区间范围的比例因子自由度μ；
S4.2，将所述初整光束振幅分布视为第一入射光场振幅分布，所述理想均匀光束视为最终出射光场分布；已知初整光束振幅分布为f0(xm,ym)，规定区间G内的初整光束振幅分布为fG(0)(xm,ym)，其他区间Q内的初整光束振幅分布为fQ(0)(xm,ym)；理想均匀光束振幅分布为g(0)(xn,yn)，规定区间G内的理想均匀光束振幅分布为gG(0)(xn,yn)，其他区间Q内的理想均匀光束振幅分布为gQ(0)(xn,yn)；
S4.3，每次迭代均随机生成初始相位
入射光场分布可表示为：
其中，k为迭代次数，k＝1，2，3，4……；且k>1时，
S4.4，由于在夫琅和费衍射和透镜聚焦模型中，入射光场分布和出射光场分布之间存在可逆变换关系；对入射光场分布进行傅里叶变换，得到：
进而计算出射光场相位
S4.5，将上式中，规定区间G内的振幅FG(xn,yn)，用比例因子自由度μ乘以gG(xn,yn)代替，其他区间Q内的振幅FQ(xn,yn)用(1-μ)乘以fQ(xm,ym)代替，得到出射光场：
S4.6，对所述出射光场进行傅里叶逆变换，保持相位不变，得到：
S4.7，用初整光束振幅分布fQ(k-1)(xm,ym)替换上式fQ(xm,ym)，保持相位不变，得到优化入射光场分布Ek：
Ek＝[|fG(xm，ym)|+|fk-1(xm，ym)|exp[iφ(k)(xk，yk)]
S4.8，引入描述Ek和EE相关程度的相关系数γ，
其中，cov(Ek,EE)为Ek和EE的协方差，Var|Ek|为Ek的方差，Var|EE|为EE的方差；
S4.9，若所述相关系数γ大于或等于指标参数A，则输出此时的相位
若γ小于指标参数，则循环步骤S4.3-S4.7，进行多次迭代，直至所述相关系数γ大于或等于指标参数A，输出此时的相位
所述相位信息图即为所述相位
组成的相位函数图。
3.根据权利要求2所述抽运激光的光束整形方法，其特征在于，所述相关系数γ值越大，表示相关程度越大，也即为Ek和EE相关程度越好；较小时，通常说Ek和EE相关程度较差，对应相关程度最低；相关系数γ＝1时，Ek和EE完全相关。
4.根据权利要求2所述抽运激光的光束整形方法，其特征在于，所述比例因子自由度
其中f(x,y)为光振幅函数。
5.根据权利要求1所述抽运激光的光束整形方法，其特征在于，所述初整光束是指将激光器发出的激光经过隔离器、光纤耦合器、准直镜、扩束器和起偏器进行处理后得到的光束。
6.根据权利要求2所述抽运激光的光束整形方法，其特征在于，所述指标参数A的取值范围为0.8-1。
7.根据权利要求2所述抽运激光的光束整形方法，其特征在于，将均方根误差e、能量利用率η和顶部不均匀度δ作为优化后的均匀光束的测试指标；
W表示在观察屏上规定区间内的均匀光束区域；I(x，y)表示整个观察屏上所有区域的光强分布，包括均匀光束区域以及其边缘的非均匀区域；n是均匀光束区域离散点的采样总数；I’(x,y)是平顶光束区域的平均光强。
8.一种抽运激光的光束整形装置，其特征在于，使用权利要求1-7之一所述的方法进行抽运激光的光束整形，包括按照光路要求依次设置的隔离器、光纤耦合器、准直镜、扩束器、起偏器、光束整形优化模块、液晶空间光调制器和光束质量分析仪所述初整光束从所述起偏器送出，所述初整光束进入所述液晶空间光调制器之前经过所述光束整形优化模块得到相位信息图；所述光束整形优化模块内置有均匀光束整形优化算法。
9.根据权利要求8所述抽运激光的光束整形装置，其特征在于，所述光束整形优化模块内置于所述液晶空间光调制器之内。
10.根据权利要求8或9所述抽运激光的光束整形装置，其特征在于，所述液晶空间光调制器和光束质量分析仪之间还设有4f滤波系统。
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