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_2

文档序号:8360265阅读:来源:国知局
解为对本发明进行任何限制,在附图中:
[0025]图1示出了本发明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示意图;
[0026]图2(a)_(b)示出了本发明一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统中的条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件相互垂直两个方向示意图;
[0027]图3示出了本发明一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统中的输入输出光斑形状不意图;
[0028]图4(a)_(b)示出了本发明一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统中的工作前后激光波前对比图;
[0029]其中,1-01为条形激光束产生元件;1_02为条形激光束产生元件发出激光束的形状;2-00为象散调整运动元件;2-01为条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件中X方向负柱透镜;2-02为条形象散光束整形与低阶像差补偿元件中正球透镜;2-03为形象散光束整形与低阶像差补偿元件中负球透镜;2-04为条形象散光束整形与低阶像差补偿元件中X方向正柱透镜;2-05为条形象散光束整形与低阶像差补偿元件中正球透镜;3-01为分光镜;3-02为透镜组条形象散光束整形与低阶像差补偿元件输出激光束形状;4-01为光束质量探测元件;5-01为系统控制元件。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
[0031]为了更好的理解与应用本发明提出的一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统,以如下附图示例进行详细说明。
[0032]本发明提供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、系统控制元件。
[0033]具体地,条形激光束产生元件用于发出条形光束,条形光束依次通过条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件;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;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;光束质量探测元件用于对透射采样信号激光进行探测,测量透射激光束的光束质量;系统控制元件用于通过数据采集卡和数据线与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。
[0034]进一步地,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,得到控制条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件的驱动信号,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系统控制元件的输出端相连接,接收驱动信号,调节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。
[0035]更进一步地,本发明中的条形光束产生元件为采用板条形激光介质的激光振荡器或激光放大器(MOPA),发出长条形激光束;条形象散光束整实时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及象散调整运动元件;条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件控制条形象散光束相互垂直两个方向的透镜个数均不少于三个,可采用三个球透镜两个柱透镜、四个柱透镜一个球透镜或六个柱透镜,同时精确控制条形象散光束的光斑大小及低阶像差补偿。
[0036]更进一步地,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,并且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。其中,象散调整运动元件为多子同轴直线电机或步进电机。
[0037]更进一步地,条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件和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,且条形象散光束整形与低阶像差补偿元件中的透镜可以沿系统光轴方向平移以及沿系统光轴方向旋转,且上述运动均为实时自动控制调整。
[0038]更进一步地,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。由此,提高了光束质量探测元件的多样性;系统控制元件为基于随机优化算法为遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法、随机并行梯度下降算法或波前直接耦合中一种的高性能计算机。由此,提高了控制的精准性与方式的多选择性。
[0039]为了更好的理解与应用本发明提出的一种透镜组条形象散光束整形与低阶像差补偿系统,本发明进行以下示例,且本发明不仅仅局限以下示例。
[0040]具体地,如图1与2所示: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1-01 ;透镜组条形象散光束实时整形与准直元件2-00?2-05 ;分光镜3-01 ;光束质量探测元件4-01 ;系统控制元件5-01。
[0041]进一步地,条形光束产生元件1-01为Nd:YAG板条形增益介质MOPA激光器,其输出光斑为3.2_ X 32mm,如图3所示,且沿Y方向光斑发散角大于沿X方向。条形象散光束实时整形与低阶像差补偿元件2-00?2-05,包括象散调整运动元件光栅定位型多子同轴直线电机2-00,直线电机参数为最大运动速度I.5m/s,分辨率0.5 μ m,重复精度I μ m,最高接受脉冲频率20MHz ;条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件2-01?2-05其透镜材料为熔融石英,且各透镜的光学面均镀有针对1064nm的高透过率光学膜,2_01为X方向平凹柱透镜、2-02为平凸球透镜、2-03为平凹球透镜、2-04为X方向平凸柱透镜和2_05平凸球透镜;Y方向由三个球透镜单独控制不受X方向柱透镜的影响,X方向由两个柱透镜和三个球透镜共同控制,控制条形象散光束相互垂直两个方向的透镜个数均不少于三镜组,同时精确控制条形象散光束的光斑大小及低阶像差补偿。
[0042]更进一步地,条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件2-01?2-05与象散调整运动元件2-00的连接方式为直接光胶连接,且光胶为与透镜材料热膨胀系数相近的材料,且分光镜3-01第一光学面镀有针对1064nm高反射率光学膜,第二光学面镀有针对1064nm高透过率光学膜。
[0043]更进一步地,光束质量探测元件4-01选用PHASICS高分辨率剪切波前干涉仪SID4-HR,且系统控制元件5-01选用基于随机并行梯度下降算法的高性能计算机。
[0044]更进一步地,打开MOPA结构Nd: YAG板条激光器1_01,根据激光器发出的条形光束精确地调整透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统,使激光束光轴与光学元件光轴重合。条形光束依次经过条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件2-01?2-05进行光束整形及低阶像差补偿,分光镜3-01分束,反射光束作为主激光输出透射部分作为采样信号激光入射到光束质量探测元件4-01PHASICS剪切波前干涉仪SID4-HR相机的靶面上测量输出光束质量。系统控制元件5-01,通过数据采集卡和数据线与光束质量探测元件4-01相连;系统控制元件5-01利用随机并行梯度下降优化算法对光束质量探测元件4-01测量的光束质量进行计算,并得到控制条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件2-01?2-05的驱动信号;条形象散光束整形与低阶像差补偿光学元件2-01?2-05驱动器的输入端与系统控制元件5-01的输出端通过数据线相连接,接收驱动信号并将驱动信号转换为模拟电压信号,并将模拟电压信号送入象散调整运动元件2-00,完成对条形象散光束的实时整形与低阶像差补偿。
[0045]如图4(a)和图4(b)为透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统闭环补偿前后波前信息对比图,图4(a)为3组透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统闭环补偿前激光束波前信息,图4(b)为相应透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统闭环补偿后的激光波前信息;从图中可以明显看出,经过透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统闭环补偿后激光束的低阶像差能显著地得到补偿;其中最大补偿范围为低阶像差由RMS = 18.11 λ降
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