一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学控制技术领域，尤其涉及一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统。
【背景技术】
[0002]目前，同时获得高平均功率和高光束质量的全固态激光器在工业领域和军事领域均具有重要用途。板条形激光增益介质通过采用均匀的泵浦强度分布，大面散热以及之字形光路传播，被认为是同时获得高平均功率和高光束质量激光器最具前途的方案。然而，在高平均功率条件下，输出激光亮度和光束质量仍然受限于板条激光介质热畸变，这些畸变通常导致数十个波长的光程差。变形镜自适应光学利用能动镜面实时校正激光束波前畸变，并且成功的应用于多种光学系统中，显著提高激光光束质量。然而，自适应光学变形镜的校正行程通常只有 15 微米(Jan Pilar, et al.Design and optimizat1n of anadaptive optics system for ahigh averagepowermult1-slab laser (HiLASE), Appl.0pt, 2014vol.53，3255-6)，且优势主要集中在高阶像差的校正。随着激光器平均功率的继续增加，基于变形镜自适应光学的光束净化系统校正激光波前畸变后，光束仍有大量残余像差，难以获得衍射极限的光束质量(G.D.Goodno, et al.Coherent combinat1nof high-power zigzag slab lasers, Opt.Lett, 2006, vol.31, 1247-1249) o 值得注意的是，激光介质热效应导致的波前畸变主要为低阶像差包括离焦和象散(Xiang Zhang, etal.Analysis of thermal effect and experimental measurement of output wavefrontproperties with all-solid-state Nd:YAG laser, SPIE, 2009, vol.7283, 72833C1-72833C6)，这些像差都可以通过标准的光学元件进行校正。
[0003]为了充分利用板条形激光介质产生高平均功率的优势，必须对板条激光增益介质热效应导致的动态低阶像差进行实时补偿。专利(W0 99/08347)中介绍了一种两镜组光学成像系统用于CO2板条激光器光束整形和象散校正，其中第一面透镜分别对长条光束的两个方向进行聚焦和准直，第二面透镜对第一面透镜聚焦的方向进行准直，从而实现准直方光斑输出。专利(CN 102621694)中介绍了一种条形象散光束整形与准直装置，其中包括两面扩束柱透镜和一面补偿球透镜。其中扩束柱透镜对条形光束单向扩束、平衡条形光束水平和垂直方向的发散角，补偿球透镜将发散光束进行准直，从而实现准直方光斑输出。
[0004]但是以上方法和装置只能实现某个特定条件下条形象散光束的准直和单个方向光束整形，当入射条形象散光束发散角和光斑大小随板条激光增益介质热效应发生变化时，所设定的值就不再是最优值。因此，希望有一种装置能对板条形激光增益介质热效应导致的动态低阶像差进行实时补偿和两个方向的光束整形，与变形镜自适应光学高阶像差校正优势互补，提高板条激光器出光光束质量以及稳定性。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有变形镜自适应光学系统中变形镜有限校正行程对光束质量进一步提高的限制，以及现有条形象散光束整形与准直装置不能实时补偿板条激光增益介质热效应畸变导致动态低阶像差的不足，如何提供一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统，能够具有可靠性强和适用范围广的特点，适用于从毫瓦至数千瓦的连续或脉冲板条激光光束低阶像差补偿的关键问题。
[0006]为此目的，本发明提出了一种透镜组条形象光束实时整形与低阶像差补偿系统，包括:条形激光束产生元件、条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件、分光镜、光束质量探测元件、系统控制元件；
[0007]其中，所述条形激光束产生元件，用于发出条形光束，条形光束依次通过所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件；
[0008]所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件，用于对入射条形光束相互垂直的两个方向进行实时整形和低阶像差补偿，将输出光束整形为预定大小，准直的方形激光束；
[0009]所述分光镜，用于对整形后的光束进行分束，反射部分作为主激光输出，透射部分作为采样信号激光入射到所述光束质量探测元件；
[0010]所述光束质量探测元件，用于对所述透射采样信号激光进行探测，测量透射激光束的光束质量；
[0011]所述系统控制元件，用于通过数据采集卡和数据线与所述光束质量探测元件相连接，实时接收测量得到的光束质量数据。
[0012]进一步地，所述系统控制元件，还用于利用随机优化算法对光束质量进行计算，得到控制所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件的驱动信号。
[0013]进一步地，所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件，还用于通过数据线与所述系统控制元件的输出端相连接，接收驱动信号，调节所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件间的相对位置，完成对条形象散光束的实时整形与低阶像差补偿。
[0014]具体地，所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件包括:条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件以及象散调整运动元件。
[0015]具体地，所述条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件为透镜，所述条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件用于控制条形象散光束相互垂直方向的个数均不少于三个。
[0016]具体地，所述条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件所使用的材料为入射激光高透过率低吸收率的透明材料，其中，所述条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件的两个光学面均镀有针对入射激光的高透过率膜。
[0017]具体地，所述象散调整运动元件为多子同轴直线电机或步进电机。
[0018]具体地，所述条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件和所述象散调整运动元件的连接方式为直接光胶或通过镜架连接，连接处选择与镜片热膨胀系数相同的材料。
[0019]具体地，所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件中的透镜沿系统光轴方向平移和/或沿系统光轴方向旋转，其中，所述条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件中的透镜沿系统光轴方向平移和/或沿系统光轴方向旋转均为实时自动控制调整方式。
[0020]具体地，所述光束质量探测元件为远场光斑能量探测仪或Shack-Hartmann波前探测仪或剪切波前干涉仪。
[0021]本发明公开了一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统，包括:条形激光束产生元件，条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件，分光镜，光束质量探测元件及系统控制元件；本发明通过条形激光束产生元件发出条形光束并依次经过条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件进行整形和低阶像差补偿，分光镜分束，光束质量探测元件测量输出光束质量；系统控制元件根据实时测量得到的输出光束质量，控制条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件间的相对位置，完成对条形象散光束的实时整形与低阶像差补偿，有效弥补现有变形镜自适应光学系统有限校正行程对光束质量进一步提高的限制以及现有条形象散光束整形与准直装置不能实时进行光束整形和低阶像差补偿的不足。
[0022]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理