在線焦斑能量分布檢測(cè)方法技術(shù)

一種在線焦斑能量分布檢測(cè)方法，引入一個(gè)分光裝置將測(cè)量?jī)x器損傷閾值以下能量的激光分離出來(lái)，利用縮束裝置與哈特曼傳感器來(lái)檢測(cè)焦斑的能量分布，既可以避免實(shí)驗(yàn)光路引入的其他光學(xué)元件對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，又可以利用哈特曼傳感器的可編程性來(lái)消除采樣激光的固有誤差來(lái)達(dá)到在線檢測(cè)的目的。本發(fā)明專利技術(shù)可廣泛應(yīng)用于激光系統(tǒng)，特別是高功率激光裝置的焦斑測(cè)試。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及焦斑能量分布檢測(cè)，特別是一種，該方法 可廣泛應(yīng)用于激光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光焦斑測(cè)量，特別是對(duì)于高功率激光裝置，能量高、口徑大、 實(shí)時(shí)反饋焦斑分布，此方法就能滿足實(shí)時(shí)精確測(cè)量，并且不影響激光實(shí)驗(yàn)光路的調(diào)試和實(shí) 驗(yàn)。
技術(shù)介紹
激光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中對(duì)激光焦斑測(cè)量是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，常規(guī)的CCD加衰減片方式只能 應(yīng)用于低功率、小口徑的光束焦斑測(cè)量，并且衰減片產(chǎn)生的像差對(duì)實(shí)際焦斑分布影響很大。 由于以上原因，對(duì)于高能量激光系統(tǒng)，如聚變點(diǎn)火相關(guān)研究的激光裝置，路數(shù)多、能量高、口 徑大，常規(guī)的測(cè)試方法必然不能采用，而必須尋求新的、可用的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提出一種，該方法引入一個(gè)分光裝置 將測(cè)量?jī)x器損傷閾值以下能量的激光分離出來(lái)，利用縮束裝置與哈特曼傳感器來(lái)檢測(cè)焦斑 的能量分布，既可以避免實(shí)驗(yàn)光路引入的其他光學(xué)元件對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，又可以利用哈特曼 傳感器的可編程性來(lái)消除采樣激光的固有誤差來(lái)達(dá)到在線檢測(cè)的目的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下一種，其特點(diǎn)在于該方法通過(guò)主光路中取樣分光鏡透 過(guò)取樣測(cè)試激光，利用縮束系統(tǒng)將取樣測(cè)試激光注入哈特曼傳感器中，進(jìn)行波前分布測(cè)試 焦斑擬合，具體檢測(cè)步驟如下①以待測(cè)高功率激光器發(fā)出的主激光為基準(zhǔn)，確定主光軸，在待測(cè)高功率激光器 發(fā)出的主激光方向依次設(shè)置取樣分光鏡、分光鏡、反射鏡，調(diào)整取樣分光鏡的角度，使主激 光反射光垂直正入射到離軸拋物面鏡的中心，主激光透過(guò)所述的取樣分光鏡的透射光透過(guò) 所述的分光鏡后被所述的反射鏡反射；調(diào)整所述的反射鏡的角度，使該反射鏡的反射光束 正入射到哈特曼傳感器探頭的中心；②離軸拋物面鏡的調(diào)試調(diào)整軸拋物面鏡，確保入射光經(jīng)離軸拋物面鏡反射后，反 射光成水平方向；③模擬光源的調(diào)試將光纖激光器作為點(diǎn)光源放置在所述的離軸拋物面鏡的焦點(diǎn) 處，光纖激光器輸出的光束經(jīng)離軸拋物面鏡反射后入射到所述的抽樣分光鏡上，設(shè)置半導(dǎo) 體激光器，調(diào)整所述的分光鏡的角度，將所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光導(dǎo)入到所述的主 光軸上；④擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)的調(diào)試將擴(kuò)束系統(tǒng)置于所述的待測(cè)高功率激光器和整取 樣分光鏡之間，將縮束系統(tǒng)置入所述的整取樣分光鏡和所述的分光鏡之間，經(jīng)調(diào)試保證系 統(tǒng)的主光軸不變，出射光仍為平行光束；⑤插入反射鏡的調(diào)試將小孔光闌加入在所述的縮束系統(tǒng)和分光鏡之間的主光軸，在所述的擴(kuò)束系統(tǒng)和取樣分光鏡之間設(shè)置插入反射鏡，調(diào)整小孔光闌使所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束穿過(guò)所述的小孔光闌沿所述的主光軸逆向前進(jìn)，調(diào)整所述的插入反射鏡的角度，使反射光同樣穿過(guò)所述的小孔光闌；⑥模擬光固有誤差的測(cè)量關(guān)閉所述的光纖激光器，開(kāi)啟所述的半導(dǎo)體激光器， 該半導(dǎo)體激光器輸出的激光經(jīng)分光鏡、縮束系統(tǒng)和取樣分光鏡后入射到所述的插入反射鏡上，該插入反射鏡將光束原光路返回，再經(jīng)所述的分光鏡由所述的反射鏡反射，由所述的哈特曼傳感器檢測(cè)得到波前信息，記作W1;然后，關(guān)閉半導(dǎo)體激光器，開(kāi)啟光纖激光器，該光纖激光器發(fā)出的激光光束入射到離軸拋物面鏡反射經(jīng)所述的抽樣分光鏡反射到插入反射鏡上，并由插入反射鏡反射，經(jīng)過(guò)縮束系統(tǒng)縮束，經(jīng)所述的分光鏡，所述的反射鏡反射后，由所述的哈特曼傳感器檢測(cè)波前信息，記作W2 ；經(jīng)哈特曼傳感器直接測(cè)量所述的半導(dǎo)體激光器的初始波前為Wkefi，光纖激光器的初始波前為WKEF2，由半導(dǎo)體激光器輸出的激光傳播到所述的插入反射鏡的波前變化量為 Wy所述的光纖激光器發(fā)出的激光由離軸拋物面鏡傳播到所述的插入反射鏡的波前變化量為Wi ；由光的傳播原理可得到表達(dá)式leW-pWe，W2=T1 (Weef2) +WJWi,其中T為所述的離軸拋物面鏡的波前變換因子，通過(guò)計(jì)算得到波前檢測(cè)的固有誤差Λ W=We-Wi= (W1-W2) - [Wkef1-Γ1 (Weef2)]，將此固有誤差記錄并保存到哈特曼傳感器中；⑦大能量激光焦斑在線檢測(cè)光路中去掉所述的插入反射鏡、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器，啟動(dòng)所述的待測(cè)高功率激光器，發(fā)射的主激光經(jīng)所述的擴(kuò)束系統(tǒng)、抽樣分光鏡、 縮束系統(tǒng)、分光鏡，經(jīng)所述的反射鏡反射后，由所述的哈特曼傳感器檢測(cè)波前信息并記為W測(cè)；⑧所述的哈特曼傳感器按下式計(jì)算聚焦焦斑的最終波前信息為W W=AW+W 測(cè)。所述的取樣反射鏡的取樣透過(guò)率為O. 19Γ5%。所述的縮束系統(tǒng)的縮束比為40 · I 60 :1。本專利技術(shù)的技術(shù)效果傳統(tǒng)的激光焦斑直接檢測(cè)方法通常使用的方法是引入多個(gè)能量衰減片，在激光能量降到檢測(cè)裝置的損傷閾值下時(shí)進(jìn)行直接的焦斑能量檢測(cè)，最終通過(guò)計(jì)算推斷出聚焦焦斑的能量分布情況。這種方法存在著兩點(diǎn)不足首先，引入其他光學(xué)元件后，光束質(zhì)量必定發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果不精確；其次，由于衰減片會(huì)妨礙打靶的進(jìn)行，這種檢測(cè)方法只能離線檢測(cè)焦斑能量分布，并不能精確的測(cè)量每一次激光打靶時(shí)焦斑的情況。本專利技術(shù)由于在檢測(cè)端與聚焦端分別加入兩個(gè)模擬激光光源，通過(guò)插入反射鏡對(duì)光束進(jìn)行反射，對(duì)主激光與采樣激光所經(jīng)過(guò)的不同路徑的波前畸變分別測(cè)量，因此能實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量焦斑能量分布，并根據(jù)模擬光固有誤差，在線測(cè)量時(shí)就可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行固有誤差的補(bǔ)償來(lái)提高測(cè)量精度。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1是大能量激光焦斑在線檢測(cè)光路圖圖2是中心高與主光軸的確定光路圖圖3是擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)的調(diào)試光路圖圖4是插入反射鏡調(diào)試光路圖圖5是模擬光故有誤差測(cè)量光路圖具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本專利技術(shù)，通過(guò)主光路中取樣分光鏡透過(guò)取樣測(cè)試激 光，利用縮束系統(tǒng)將取樣測(cè)試激光注入哈特曼傳感器中，進(jìn)行波前分布測(cè)試焦斑擬合，具體 檢測(cè)步驟如下①中心高與主光軸的確定如圖2所示，以前端高功率激光器I發(fā)射主激光為基準(zhǔn)，確定光束的中心高度。確 定好光束中心高度后，將將插入反射鏡3、取樣分光鏡4、縮束系統(tǒng)5、小孔光闌6、分光鏡7、 反射鏡8、離軸拋物面鏡9、光纖激光器10、半導(dǎo)體激光器11、哈特曼傳感器12的光學(xué)中心 調(diào)整為此高度。接下來(lái)，以前端高功率激光器I入射的主激光為基準(zhǔn)，確定主光軸，并使此 光軸穿過(guò)取樣分光鏡4的中心。調(diào)整取樣分光鏡4的角度，使主激光反射光垂直正入射到 離軸拋物面鏡9中心；而主激光透射光透過(guò)分光鏡7后被反射鏡8反射。調(diào)整反射鏡8的 角度使光束正入射到哈特曼傳感器12的探頭中心。②離軸拋物面鏡的調(diào)試離軸拋物面鏡9為一聚焦光學(xué)元件，必須保證前端高功率激光器I發(fā)射的主激光 經(jīng)取樣分光鏡4反射后垂直正入射到離軸拋物面鏡7的中心。如圖2所示調(diào)整軸拋物面鏡 9，確保入射光經(jīng)離軸拋物面鏡9反射后，反射光是水平方向的，并且反射光沒(méi)有被任何元 件所遮擋。③模擬光源的調(diào)試本方法中，固有誤差的測(cè)量需要借助兩個(gè)模擬光源來(lái)測(cè)量光束經(jīng)過(guò)不同路段所產(chǎn) 生的波前畸變。這兩個(gè)模擬光源分別是光纖激光器10與半導(dǎo)體激光器U。如圖2所示，其 中光纖激光器10作為點(diǎn)光源，應(yīng)放置在離軸拋物面鏡7的焦點(diǎn)處，光束經(jīng)離軸拋物面鏡9 反射后入射到抽樣分光鏡4上。接下來(lái)，通過(guò)調(diào)整分光鏡7的角度，將半導(dǎo)體激光器11發(fā) 射的激光導(dǎo)入到之前確定的主光軸上。④擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)的調(diào)試如圖3所不,將擴(kuò)束系統(tǒng)2和縮束系統(tǒng)5加入到光路中。以擴(kuò)束系統(tǒng)2為例,首先 必須調(diào)整擴(kuò)束系統(tǒng)2的位置與水平，保證光束通過(guò)擴(kuò)束系統(tǒng)I后光軸本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在線焦斑能量分布檢測(cè)方法，其特征在于該方法通過(guò)主光路中取樣分光鏡透過(guò)取樣測(cè)試激光，利用縮束系統(tǒng)將取樣測(cè)試激光注入哈特曼傳感器中，進(jìn)行波前分布測(cè)試焦斑擬合，具體檢測(cè)步驟如下：①以待測(cè)高功率激光器（1）發(fā)出的主激光為基準(zhǔn)，確定主光軸，在待測(cè)高功率激光器（1）發(fā)出的主激光方向依次設(shè)置取樣分光鏡（4）、分光鏡（7）、反射鏡（8），調(diào)整取樣分光鏡（4）的角度，使主激光反射光垂直正入射到離軸拋物面鏡（9）的中心，主激光透過(guò)所述的取樣分光鏡（4）的透射光透過(guò)所述的分光鏡（7）后被所述的反射鏡（8）反射；調(diào)整所述的反射鏡（8）的角度，使該反射鏡（8）的反射光束正入射到哈特曼傳感器（12）探頭的中心；②離軸拋物面鏡的調(diào)試：調(diào)整軸拋物面鏡（9），確保入射光經(jīng)離軸拋物面鏡（9）反射后，反射光成水平方向；③模擬光源的調(diào)試：將光纖激光器（10）作為點(diǎn)光源放置在所述的離軸拋物面鏡（7）的焦點(diǎn)處，光纖激光器（10）輸出的光束經(jīng)離軸拋物面鏡（9）反射后入射到所述的抽樣分光鏡（4）上，設(shè)置半導(dǎo)體激光器（11），調(diào)整所述的分光鏡（7）的角度，將所述的半導(dǎo)體激光器（11）發(fā)射的激光導(dǎo)入到所述的主光軸上；④擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)的調(diào)試：將擴(kuò)束系統(tǒng)（2）置于所述的待測(cè)高功率激光器（1）和整取樣分光鏡（4）之間，將縮束系統(tǒng)（5）置入所述的整取樣分光鏡（4）和所述的分光鏡（7）之間，經(jīng)調(diào)試保證系統(tǒng)的主光軸不變，出射光仍為平行光束；⑤插入反射鏡（3）的調(diào)試：將小孔光闌（6）加入在所述的縮束系統(tǒng)（5）和分光鏡（7）之間的主光軸，在所述的擴(kuò)束系統(tǒng)（2）和取樣分光鏡（4）之間設(shè)置插入反射鏡（3），調(diào)整小孔光闌（6）使所述的半導(dǎo)體激光器（11）發(fā)出的激光束穿過(guò)所述的小孔光闌（13）沿所述的主光軸逆向前進(jìn)，調(diào)整所述的插入反射鏡（3）的角度，使反射光同樣穿過(guò)所述的小孔光闌（6）；⑥模擬光固有誤差的測(cè)量：關(guān)閉所述的光纖激光器（10），開(kāi)啟所述的半導(dǎo)體激光器（11），該半導(dǎo)體激光器（11）輸出的激光經(jīng)分光鏡（7）、縮束系統(tǒng)（5）和取樣分光鏡（4）后入射到所述的插入反射鏡（3）上，該插入反射鏡（3）將光束原光路返回，再經(jīng)所述的分光鏡（7）由所述的反射鏡（8）反射，由所述的哈特曼傳感器（12）檢測(cè)得到波前信息，記作W1；然后，關(guān)閉半導(dǎo)體激光器（11），開(kāi)啟光纖 激光器（10），該光纖激光器（10）發(fā)出的激光光束入射到離軸拋物面鏡（9）反射經(jīng)所述的抽樣分光鏡（4）反射到插入反射鏡（3）上，并由插入反射鏡（3）反射，經(jīng)過(guò)縮束系統(tǒng)（5）縮束，經(jīng)所述的分光鏡（7），所述的反射鏡（8）反射后，由所述的哈特曼傳感器（12）檢測(cè)波前信息，記作W2；經(jīng)哈特曼傳感器（12）直接測(cè)量：所述的半導(dǎo)體激光器（11）的初始波前為WREF1，光纖激光器（10）的初始波前為WREF2，由半導(dǎo)體激光器（11）輸出的激光傳播到所述的插入反射鏡（3）的波前變化量為We，所述的光纖激光器（10）發(fā)出的激光由離軸拋物面鏡（9）傳播到所述的插入反射鏡（3）的波前變化量為Wi；由光的傳播原理可得到表達(dá)式：W1=WREF1+2We，W2=T?1(WREF2)+We+Wi，其中T為所述的離軸拋物面鏡的波前變換因子，通過(guò)計(jì)算得到波前檢測(cè)的固有誤差ΔW=We?Wi=(W1?W2)?[WREF1?T?1(WREF2)]，將此固有誤差記錄并保存到哈特曼傳感器（12）中；⑦大能量激光焦斑在線檢測(cè)：光路中去掉所述的插入反射鏡（3）、半導(dǎo)體激光器（11）和光纖激光器（10），啟動(dòng)所述的待測(cè)高功率激光器（1），發(fā)射的主激光經(jīng)所述的擴(kuò)束系統(tǒng)（2）、抽樣分光鏡（4）、縮束系統(tǒng)（5）、分光鏡（7），經(jīng)所述的反射鏡（8）反射后，由所述的哈特曼傳感器（12）檢測(cè)波前信息并記為W測(cè)；⑧所述的哈特曼傳感器（12）按下式計(jì)算聚焦焦斑的最終波前信息為W：W=ΔW+W測(cè)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種在線焦斑能量分布檢測(cè)方法，其特征在于該方法通過(guò)主光路中取樣分光鏡透過(guò)取樣測(cè)試激光，利用縮束系統(tǒng)將取樣測(cè)試激光注入哈特曼傳感器中，進(jìn)行波前分布測(cè)試焦斑擬合，具體檢測(cè)步驟如下 ①以待測(cè)高功率激光器(I)發(fā)出的主激光為基準(zhǔn)，確定主光軸，在待測(cè)高功率激光器(I)發(fā)出的主激光方向依次設(shè)置取樣分光鏡(4)、分光鏡(7)、反射鏡(8),調(diào)整取樣分光鏡(4)的角度，使主激光反射光垂直正入射到離軸拋物面鏡(9)的中心，主激光透過(guò)所述的取樣分光鏡(4)的透射光透過(guò)所述的分光鏡(7)后被所述的反射鏡(8)反射；調(diào)整所述的反射鏡(8)的角度，使該反射鏡(8)的反射光束正入射到哈特曼傳感器(12)探頭的中心； ②離軸拋物面鏡的調(diào)試調(diào)整軸拋物面鏡(9)，確保入射光經(jīng)離軸拋物面鏡(9)反射后，反射光成水平方向； ③模擬光源的調(diào)試將光纖激光器(10)作為點(diǎn)光源放置在所述的離軸拋物面鏡(7)的焦點(diǎn)處，光纖激光器(10)輸出的光束經(jīng)離軸拋物面鏡(9)反射后入射到所述的抽樣分光鏡(4)上，設(shè)置半導(dǎo)體激光器(11)，調(diào)整所述的分光鏡(7)的角度，將所述的半導(dǎo)體激光器(II)發(fā)射的激光導(dǎo)入到所述的主光軸上； ④擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)的調(diào)試將擴(kuò)束系統(tǒng)(2)置于所述的待測(cè)高功率激光器(I)和整取樣分光鏡(4)之間，將縮束系統(tǒng)(5)置入所述的整取樣分光鏡(4)和所述的分光鏡(7)之間，經(jīng)調(diào)試保證系統(tǒng)的主光軸不變，出射光仍為平行光束； ⑤插入反射鏡(3)的調(diào)試將小孔光闌(6)加入在所述的縮束系統(tǒng)(5)和分光鏡(7)之間的主光軸，在所述的擴(kuò)束系統(tǒng)(2)和取樣分光鏡(4)之間設(shè)置插入反射鏡(3)，調(diào)整小孔光闌(6)使所述的半導(dǎo)體激光器(11)發(fā)出的激光束穿過(guò)所述的小孔光闌(13)沿所述的主光軸逆向前進(jìn)，調(diào)整所述的插入反射鏡(3)的角度，使反射光同樣穿過(guò)所述的小孔光闌(6)； ⑥模擬光固有誤差的測(cè)量關(guān)閉所述的光纖激光器(10)，開(kāi)啟所述的半導(dǎo)體激光器(11),該半導(dǎo)體激光器(11)輸出的激光經(jīng)分光鏡(7)、縮束系統(tǒng)(5)和取樣分光鏡(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金博，趙東峰，邵平，鄔融，夏蘭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：