激光聚焦光斑控制方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及激光光束控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光聚焦光斑控制方法及裝置。該激光聚焦光斑控制方法，包括步驟：S1.提取激光光束的光強分布信息以及波前信息；S2.根據(jù)所述光強分布信息以及波前信息，計算對激光光束的最佳補償波前；S3.根據(jù)所述最佳補償波前補償激光光束的波前，從而使激光聚焦光斑得到控制。本發(fā)明專利技術(shù)的激光聚焦光斑控制方法由于同時利用光強分布信息和波前信息而得到最佳補償光強，因此能夠根據(jù)不同的激光光強狀態(tài)，控制對激光光束補償?shù)睦硐氩ㄇ啊?br />

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及激光光束控制
，具體涉及一種激光聚焦光斑控制方法及裝置。
技術(shù)介紹
激光自1960年問世至今，得到了空前的發(fā)展，由于其亮度高、單色性好、準直和聚焦性能好，已在科學研究、軍事國防、工業(yè)加工、天文觀測和信息傳播等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在實際應用當中，由于激光的聚焦性能好，可以很容易得到微米級甚至納米級的聚焦光斑，因此聚焦后的激光光束被廣泛的應用于激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打 標以及激光醫(yī)療等操作中；此外，超高功率的激光光束經(jīng)過聚焦后還被用在慣性約束核聚變中。從波動光學的角度，任何光束都可以描述為光場，以復振幅的形式給出，主要包含光強項和相位項E (X，y) = u (X，v) e!kv[x'y)；不同形式的光場對應的激光光束聚焦能力就會有所不同，因此激光的聚焦性能同時受到激光光強分布和波前畸變的影響。現(xiàn)有技術(shù)的一種激光聚焦光斑的控制方法中利用SPGD算法(隨機并行梯度下降法算法)對激光光束的遠場聚焦光斑進行閉環(huán)控制；利用該方法可以有效的優(yōu)化聚焦在靶材上的光斑，但該方法是在默認補償激光光束的目標光強分布為均勻分布的前提下提出的，由于沒有考慮光強項，如果激光的光強分布中存在不均勻因素，單一的評價函數(shù)設(shè)定很容易使閉環(huán)過程進入局部最優(yōu)求解而無法實現(xiàn)全局最優(yōu)，造成激光聚焦光斑無法得到很好的控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
(一)要解決的技術(shù)問題本專利技術(shù)的目的在于提供一種能夠在激光光強分布中存在不均勻因素時，仍然能夠得到全局最優(yōu)的最佳補償波前來補償激光光束的波前，使激光聚焦光斑得到很好的控制；進一步的，本專利技術(shù)還提供了一種能夠在激光光強分布中存在不均勻因素時，仍然能夠很好的控制激光聚焦光斑的裝置。(二)技術(shù)方案本專利技術(shù)技術(shù)方案如下一種激光聚焦光斑控制方法，包括步驟SI.提取激光光束的光強分布信息以及波前信息；S2.根據(jù)所述光強分布信息以及波前信息，計算對激光光束的最佳補償波前；S3.根據(jù)所述最佳補償波前補償激光光束的波前，從而使激光聚焦光斑得到控制。優(yōu)選的，所述步驟S2中通過迭代傅立葉算法計算最佳補償波前。 優(yōu)選的，所述步驟S2中通過梯度下降算法、隨機并行梯度下降算法、模擬退火算法或者遺傳算法計算最佳補償波前。本專利技術(shù)還提供了一種實現(xiàn)上述的控制方法的激光聚焦光斑控制裝置一種實現(xiàn)上述的控制方法的激光聚焦光斑控制裝置，包括在激光光束光路上依次設(shè)置的波前控制器、聚焦鏡以及目標靶材；所述波前控制器與聚焦鏡之間設(shè)置有分束鏡，所述分束鏡從激光光束分出取樣光束，所述取樣光束的光路上設(shè)置有波前傳感器，所述波前傳感器與控制機構(gòu)連接，所述控制機構(gòu)與所述波前控制器連接；所述波前傳感器采集取樣光束的光強分布信息以及波前信息并反饋至所述控制機構(gòu)，所述控制機構(gòu)計算最佳補償波前并控制所述波前傳感器補償激光光束的波前。優(yōu)選的，所述波前控制器為變形鏡或液晶調(diào)制器。優(yōu)選的，所述波前傳感器為哈特曼傳感器。優(yōu)選的，所述控制機構(gòu)為單片機、可編程控制器、DSP微處理器或者計算機。優(yōu)選的，所述變形鏡上分布有致動器陣列，所述控制機構(gòu)反饋控制每個致動器從而控制對激光光束的補償波前。(三)有益效果本專利技術(shù)的激光聚焦光斑控制方法由于同時利用光強分布信息和波前信息而得到最佳補償光強，因此能夠根據(jù)不同的激光光強狀態(tài)，控制對激光光束補償?shù)睦硐氩ㄇ埃槐緦＠夹g(shù)的激光聚焦光斑控制裝置由于同時對光強分布信息和波前信息進行探測，并根據(jù)不同的激光光強狀態(tài)控制波前控制器得到相應的理想波前，因而能夠?qū)崿F(xiàn)對激光遠場光斑的有效控制。附圖說明圖I是本專利技術(shù)的一種激光聚焦光斑控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中2 :波前控制器；3 :分束鏡；4 :波前傳感器；5 :控制機構(gòu)；6 :聚焦鏡；7 :目標靶材。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對專利技術(shù)的具體實施方式做進一步描述。以下實施例僅用于說明本專利技術(shù)，但不用來限制本專利技術(shù)的范圍。實施例一一種激光聚焦光斑控制方法，包括步驟SI.通過波前傳感器等裝置提取激光光束的光強分布信息以及波前信息；分別記為光強分布u (X，y)，波前Φ (X，y)，S2.根據(jù)光強分布信息以及波前信息，計算對激光光束的最佳補償波前；最佳補償波前應滿足與激光光束波前疊加后的總波前畸變均方根值值應小于O. I微米；本實施例中該步驟具體為依據(jù)傅里葉光學中的遠場光斑定義權(quán)利要求1.一種激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，包括步驟 51.提取激光光束的光強分布信息以及波前信息； 52.根據(jù)所述光強分布信息以及波前信息，計算對激光光束的最佳補償波前； 53.根據(jù)所述最佳補償波前補償激光光束的波前，從而使激光聚焦光斑得到控制。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，所述步驟S2中通過迭代傅立葉算法計算最佳補償波前。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，所述步驟S2中通過梯度下降算法、隨機并行梯度下降算法、模擬退火算法或者遺傳算法計算最佳補償波前。4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的控制方法的激光聚焦光斑控制裝置，包括在激光光束光路上依次設(shè)置的波前控制器(2)、聚焦鏡(6)以及目標靶材(7);其特征在于，所述波前控制器(2 )與聚焦鏡(6 )之間設(shè)置有分束鏡(3 ),所述分束鏡(3 )從激光光束分出取樣光束，所述取樣光束的光路上設(shè)置有波前傳感器(4)，所述波前傳感器(4)與控制機構(gòu)(5)連接，所述控制機構(gòu)(5)與所述波前控制器(2)連接；所述波前傳感器(4)采集取樣光束的光強分布信息以及波前信息并反饋至所述控制機構(gòu)(5)，控制機構(gòu)(5)計算最佳補償波前并反饋控制所述波前控制器(2)補償激光光束的波前。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光聚焦光斑控制裝置，其特征在于，所述波前控制器(2)為變形鏡或液晶調(diào)制器。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光聚焦光斑控制裝置，其特征在于，所述波前傳感器(4)為哈特曼傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6任意一項所述的激光聚焦光斑控制裝置，其特征在于，所述控制機構(gòu)(5)為單片機、可編程控制器、DSP微處理器或者計算機。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光聚焦光斑控制裝置，其特征在于，所述變形鏡上分布有致動器陣列，所述控制機構(gòu)(5)反饋控制每個致動器從而控制所述變形鏡對激光光束的補償波前。全文摘要本專利技術(shù)涉及激光光束控制
，具體涉及一種激光聚焦光斑控制方法及裝置。該激光聚焦光斑控制方法，包括步驟S1.提取激光光束的光強分布信息以及波前信息；S2.根據(jù)所述光強分布信息以及波前信息，計算對激光光束的最佳補償波前；S3.根據(jù)所述最佳補償波前補償激光光束的波前，從而使激光聚焦光斑得到控制。本專利技術(shù)的激光聚焦光斑控制方法由于同時利用光強分布信息和波前信息而得到最佳補償光強，因此能夠根據(jù)不同的激光光強狀態(tài)，控制對激光光束補償?shù)睦硐氩ㄇ啊Ｎ臋n編號G02B26/06GK102944932SQ20121049162公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日專利技術(shù)者鞏馬理, 邱運濤, 柳強, 黃磊, 閆平, 張海濤, 劉歡 申請人:清華大學本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，包括步驟：S1.提取激光光束的光強分布信息以及波前信息；S2.根據(jù)所述光強分布信息以及波前信息，計算對激光光束的最佳補償波前；S3.根據(jù)所述最佳補償波前補償激光光束的波前，從而使激光聚焦光斑得到控制。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鞏馬理，邱運濤，柳強，黃磊，閆平，張海濤，劉歡，
申請(專利權(quán))人：清華大學，
類型：發(fā)明
國別省市：