一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光束整形領域的激光束整形裝置，具體涉及一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]激光器由于在方向性、亮度、單色性及相干性等方面具有良好的特性，被廣泛應用于工業(yè)、軍事、通信、醫(yī)學和科學研宄等諸多領域。通常情況下，激光束在空間強度上呈高斯分布。隨著激光技術應用領域擴大，高斯光束已不能滿足實際應用中的一些特定需求。例如激光加工、激光全息照相、激光存儲與記錄、醫(yī)療領域等，這些應用場合要求激光器輸出光束形態(tài)與能量呈特定的分布。
[0003]以波前校正器為近場位相控制元件的激光束整形系統(tǒng)，具有控制靈活、整形面形多樣化、適應性好、破壞閾值高等優(yōu)點。Koshichi Nemoto等于1996年采用stat1naryphase method與光學幾何坐標變換方法，利用9單元變形鏡成功的將高斯光束轉換為方形光束(‘‘Koshichi Nemoto, Takashi Fuji, Naohiko Goto, Takuya Nayuki and Yosh1-kazuKana1.‘Transformat1n of a laser beam intensity profile by a deformablemirror.’OPTICS LETTERS, 1996, 21(3): 168 ?170”)，并于 1997年采用遺傳算法控制 9 單元變形鏡實現(xiàn)方形激光束整形(“Koshichi Nemoto, Takuya Nayuki，Takashi Fujii, NaohikoGoto and Yosh1-kazu Kana1.‘Optimum control of the laser beam intensityprofile with a deformable mirror.’ APPLIED OPTICS, 1997，36 (30): 7689 ?7695”)；R.El-Agmy等于2005年采用模擬退火算法控制37單元變形鏡實現(xiàn)不同束腰半徑的高斯與超高斯激光束整形(“R.El-Agmy, H.Bulte, A.H.Greenaway and D.T.Reid.‘Adaptivebeam profile control using a simulated annealing algorithm.’ OPTICSEXPRESS, 2005，13(16):6085?6091”);楊平等于2007年采用全局遺傳控制算法控制19單元壓電變形鏡實現(xiàn)高斯與超高斯激光束整形(“Ping Yang, Yuan Liu, Wei Yang, MinwuAo,Shijie Hu, Bing Xu and Wenhan Jiang.1An adaptive laser beam shaping techniquebased on a genetic algorithm.’ CHINESE OPTICS LETTERS, 2007, 5 (9):497 ?500”)。
[0004]以上基于波前校正器的激光束整形方法，都只解決了遠場焦面位置的激光束整形問題，沒有考慮遠場沿光軸其它位置的激光束整形。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題為:針對現(xiàn)有的基于波前校正器的激光束整形系統(tǒng)只考慮遠場焦面位置而沒有考慮沿光軸其它位置的激光束整形的問題，本發(fā)明提供了一種利用波前校正器與固定在移動導軌上的遠場相機實現(xiàn)激光束三維整形的裝置。該裝置利用控制計算機控制移動導軌，改變遠場相機靶面沿光軸的位置，利用波前校正器為激光束整形系統(tǒng)核心元件，實現(xiàn)遠場沿光軸任意位置的激光束整形，并通過共軛關系，在應用系統(tǒng)中同步實現(xiàn)激光束三維整形。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案為:一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器系統(tǒng)、光束匹配系統(tǒng)、波前探測與校正系統(tǒng)、應用系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)，其中:
[0007]所述的激光器系統(tǒng)，由激光器與準直鏡組成，對激光器輸出光束準直；
[0008]所述的光束匹配系統(tǒng)，由光束匹配系統(tǒng)的第一透鏡與光束匹配系統(tǒng)的第二透鏡組成，使波前校正器輸出激光束與波前探測器輸入激光束孔徑匹配；
[0009]所述的波前探測與校正系統(tǒng)，由波前校正器、分光鏡與波前探測器組成，實現(xiàn)波前像差探測與激光束近場位相控制；
[0010]所述的應用系統(tǒng)，由分光鏡、聚焦透鏡與工作臺組成，聚焦透鏡輸出整形后的激光束，并作用于工作臺上的工作對象；
[0011]所述的監(jiān)控系統(tǒng)，由聚焦透鏡與遠場相機組成，遠場相機監(jiān)控聚焦透鏡輸出激光束遠場光斑分布；
[0012]所述的計算機控制系統(tǒng)，由移動導軌、高壓放大器與控制計算機組成，控制計算機通過移動導軌控制遠場相機位置，通過波前探測器探測系統(tǒng)像差，通過高壓放大器控制波前校正器驅動器電壓，通過工作臺調整工作對象位置。
[0013]其中，激光器發(fā)出的光束經(jīng)準直鏡準直，進入波前校正器，輸出激光束經(jīng)分光鏡，反射光進入應用系統(tǒng)，經(jīng)聚焦透鏡輻照工作臺上的應用對象；分光鏡透射光經(jīng)由透鏡與透鏡組成的光束匹配系統(tǒng)，激光束口徑匹配后輸入分光鏡，透射光輸入波前探測器測量系統(tǒng)像差，反射光經(jīng)聚焦透鏡進入遠場相機，采集遠場光斑分布圖像。
[0014]其中，波前探測器探測系統(tǒng)像差；控制計算機控制移動導軌，確定遠場相機沿光軸的位置；結合系統(tǒng)像差，遠場相機沿光軸的位置及遠場相機采集的遠場光斑分布圖像，控制計算機通過高壓放大器控制波前校正器驅動器電壓，實現(xiàn)激光束整形。
[0015]其中，控制計算機控制移動導軌，改變遠場相機沿光軸的位置，采集沿光軸的任意位置遠場光斑分布圖像，從而在遠場相機處實現(xiàn)激光束三維整形。
[0016]其中，聚焦透鏡與聚焦透鏡的焦面處于共軛位置，在遠場相機處實現(xiàn)激光束三維整形時，在工作臺處也同步實現(xiàn)激光束三維整形。
[0017]其中，波前校正器可以是薄膜變形鏡、雙壓電片變形鏡、分立表面壓電驅動變形鏡、連續(xù)表面垂直分立致動多道變形鏡、微電子機械系統(tǒng)分立表面變形鏡、液晶空間光調制器、聲光空間光調制器。
[0018]其中，遠場相機固定在移動導軌上，控制計算機通過控制移動導軌沿光軸移動，從而使得遠場相機靶面位置也沿光軸移動。
[0019]其中，波前校正器，波前探測器，遠場相機，移動導軌，工作臺都由控制計算機控制。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的優(yōu)點:
[0021](I)、本發(fā)明提出一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)，實現(xiàn)遠場沿光軸任意位置的激光束整形。通過控制計算機控制移動導軌，改變遠場相機靶面沿光軸位置，采集沿光軸任意位置的遠場光斑分布圖像，從而于遠場相機處實現(xiàn)激光束三維整形；
[0022](2)、本發(fā)明提出的一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)，通過使應用系統(tǒng)聚焦透鏡與監(jiān)控系統(tǒng)聚焦透鏡焦面處于共軛位置，在監(jiān)控系統(tǒng)遠場相機處實現(xiàn)激光束三維整形時，與工作臺處同步實現(xiàn)激光束三維整形；
[0023](3)、本發(fā)明提出的一種基于波前校正器的激光束三維整形方法，使得激光束整形技術可應用于對光束形態(tài)沿光軸位置有特定要求的領域，例如激光打孔、同位素濃縮等。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)構成示意圖，其中，I為激光器，2為準直透鏡，3為波前校正器，4與9為分光鏡，5與11為聚焦透鏡，6為工作臺，7與8分別為光束匹配系統(tǒng)的第一、第二透鏡，10為波前探測器，12為遠場相機，13為移動導軌，14為高壓放大器，15為控制計算機。