行准直；波前校正系统，由第 一波前校正器3与第二波前校正器6组成，实时校正系统像差并生成远场激光束整形所需 的近场调制位相；光束匹配系统，由第一匹配透镜4与第二匹配透镜5组成，匹配第一波前 校正器3与第二波前校正器6的光束口径；监控系统，由远场聚焦透镜8与远场相机9组成， 分光镜7的反射光经远场聚焦透镜8辐照远场相机9靶面，获取远场光强形态分布信息；工 作系统，由分光镜7、远场聚焦透镜10与工作台11构成，分光镜7的透射光经远场聚焦透镜 10聚焦，辐照工作台11上的工作对象；计算机控制系统，由第一驱动信号控制器12、第二驱 动信号控制器13与控制计算机14组成，根据优化算法，控制计算机14通过第一驱动信号 控制器12与第二驱动信号控制器13控制第一波前校正器3与第二波前校正器6,校正系统 像差并生成近场调制位相。
[0034] 激光器1发出的激光束经准直镜2准直，进入第一波前校正器3,输出激光束经第 一匹配透镜4与第二匹配透镜5匹配光束口径，进入第二波前校正器6,输出激光束进入分 光镜7,反射光进入监控系统，经远场聚焦透镜8进入远场相机9,采集远场光强形态分布信 息；透射光进入工作系统，经远场聚焦透镜10辐照工作台11上的工作对象。
[0035] 远场相机9采集远场光强形态分布信息，结合目标光强形态分布信息，控制计算 机14根据优化算法，通过第一驱动信号控制器12与第二驱动信号控制器13并行控制第一 波前校正器3与第二波前校正器6,实现远场相机9靶面上的远场激光束整形。工作系统中 的工作台11与监控系统中的远场相机9同时与第二波前校正器6处于共辄位置，通过远场 相机9采集的远场光强形态分布信息，可获取辐照工作台11上工作对象的光强形态分布信 息；对远场相机9采集的远场光强实现激光束整形，则工作系统中的辐照光强同步实现激 光束整形。远场相机9处实现远场光强整形的具体过程如下：
[0036] (1)远场相机9采集的远场光强信息If，结合目标光强形态与能量分布信息
[0037] Ita_t，计算系统评价函数J=F(If，Ita_t)，如相关系数JralT，光强偏离残差平方均 4直Jmsd，
[0038]
[0039] 其中，（u，v)表示远场坐标，Q表示目标光强有效区域。
[0040] (2)模式优化算法中N阶模式矩阵M= [SP2…sN]的系数为m，其中Si(i= 1，2… N)表示第i阶模式，如Zernike模式等。根据m的扰动量5m计算评价函数变化趋势AJ =J(m+ 5m)-J(m- 5m)，第k次模式优化算法中各阶模式的系数以二mkkyAJ5m，其中y 为增益系数；
[0041] (3)根据模式优化算法中模式矩阵M= [Sls2…sN]与波前校正器驱动信号的控制 矩阵A= [tA…t』，计算驱动信号值a=AYm*!!!)，其中tj(j= 1，2…L)表示波前校正器 影响函数，可通过干涉仪测量或由远场光强反演获得，L表示波前校正器影响函数个数；
[0042] (4)根据驱动信号取值a，控制计算机14通过第一驱动信号控制器12与第二驱动 信号控制器13控制第一波前校正器3与第二波前校正器6,观测远场相机9采集的远场光 强信息；
[0043] (5)重复（1)-(4)，直到系统评价函数达到设定值。
[0044] 图2所示为基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形系统控制流程图， 首先确定远场激光束整形的目标光强和优化算法的初始控制信号。其次，远场相机9采集 远场光强图像信息，并结合目标光强，判断是否满足实现远场激光束整形的判定条件。若不 满足条件，通过优化算法优化双波前校正器驱动控制信号，由控制计算机14改变双波前校 正器的驱动控制信号，再由远场相机采集远场光强图像信息。重复上述步骤，直到满足判定 条件。此时，工作台11处工作对象因为和远场相机9靶面同时与第二波前校正器处于共辄 位置，同步实现远场激光束整形。
【主权项】
1. 一种基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形装置，其特征在于：包括激 光器系统、波前校正系统、光束匹配系统、监控系统、工作系统和计算机控制系统，其中： 所述的激光器系统，由激光器（1)与准直镜（2)组成，由准直镜（2)对激光器（1)的输 出光束进行准直； 所述的波前校正系统，由第一波前校正器（3)与第二波前校正器（6)组成，校正系统像 差并生成远场激光束整形所需的近场调制位相，实现远场激光束的实时整形； 所述的光束匹配系统，由第一匹配透镜（4)与第二匹配透镜（5)组成，匹配第一波前校 正器（3)与第二波前校正器（6)的光束口径； 所述的监控系统，由第一远场聚焦透镜（8)与远场相机（9)组成，分光镜（7)的反射光 经第一远场聚焦透镜（8)辐照远场相机（9)靶面，远场相机（9)采集远场光强形态分布信 息； 所述的工作系统，由分光镜（7)、第二远场聚焦透镜（10)与工作台（11)构成，分光镜 (7)的透射光经第二远场聚焦透镜（10)聚焦，辐照工作台（11)上的工作对象； 所述的计算机控制系统，由第一驱动信号控制器（12)、第二驱动信号控制器（13)与控 制计算机（14)组成，控制计算机（14)根据远场相机（9)采集远场光强形态分布信息，结合 目标光强形态分布信息，利用优化算法，通过第一驱动信号控制器（12)与第二驱动信号控 制器（13)控制第一波前校正器（3)与第二波前校正器（6)，校正系统像差并生成近场调制 位相，实现远场相机（9)靶面处的远场激光束整形。2. 根据权利要求1所述的基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形装置，其 特征在于：所述控制计算机（14)根据远场相机（9)采集远场光强形态分布信息，结合目标 光强形态分布信息，利用优化算法，通过第一驱动信号控制器（12)与第二驱动信号控制器 (13)控制第一波前校正器（3)与第二波前校正器（6)，校正系统像差并生成近场调制位相， 实现远场相机（9)靶面处的远场激光束整形的具体实现过程为： (1) 根据目标光强形态分布信息及远场相机（9)采集的远场光强信息，计算评价函数； (2) 根据评价函数，利用模式优化算法计算各阶模式的系数； (3) 根据各阶模式与波前校正器驱动信号间的控制矩阵，通过模式系数计算驱动信号 取值； (4) 控制计算机（14)通过第一驱动信号控制器（12)与第二驱动信号控制器（13)控制 第一波前校正器（3)与第二波前校正器（6)，观测远场相机（9)采集的远场光强信息；（5) 重复（1)-(4)，直到远场光强满足整形系统要求。3. 根据权利要求1所述的基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形装置，其 特征在于：所述工作系统中的工作台（11)与远场相机（9)靶面同时与第二波前校正器（6) 处于共辄位置。4. 根据权利要求1所述的基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形装置，其 特征在于：所述第一波前校正器（3)是薄膜变形镜、双压电片变形镜、分立表面压电驱动变 形镜、连续表面垂直分立致动多道变形镜、微电子机械系统分立表面变形镜、液晶空间光调 制器。5. 根据权利要求1所述的基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形装置，其 特征在于：所述第二波前校正器（6)是薄膜变形镜、双压电片变形镜、分立表面压电驱动变 形镜、连续表面垂直分立致动多道变形镜、微电子机械系统分立表面变形镜、液晶空间光调 制器。6. -种基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形方法，其特征在于，实现步 骤为：激光器（1)发出的激光束经准直镜（2)准直，进入第一波前校正器（3)，输出激光束 经第一匹配透镜（4)与第二匹配透镜（5)匹配光束口径，进入第二波前校正器（6)，输出激 光束进入分光镜（7)，反射光进入监控系统，经远场聚焦透镜（8)进入远场相机（9)，远场相 机（9)采集远场光强形态分布信息；透射光进入工作系统，经远场聚焦透镜（10)辐照工作 台（11)上的工作对象； 控制计算机（14)根据远场相机（9)采集的远场光强形态分布信息，结合目标光强形态 分布信息，利用优化算法，通过第一驱动信号控制器（12)与第二驱动信号控制器（13)控制 第一波前校正器（3)与第二波前校正器（6)，校正系统像差并生成近场调制位相，实现远场 相机（9)靶面处的远场激光束整形。
【专利摘要】本发明公开了一种基于双波前校正器的无波前探测器远场激光束整形装置，包括激光器系统、波前校正系统、光束匹配系统、监控系统、工作系统与计算机控制系统；监控系统采集远场光强形态分布信息，计算机控制系统根据优化算法并行控制双波前校正器，实时校正系统像差并生成远场激光束整形所需的近场调制位相，实现监控系统处的激光束整形；利用工作系统与监控系统入瞳面位相分布相同的特性，在监控系统处实现激光束整形时，在工作系统处同步实现激光束整形。本发明采用双波前校正器提升系统整形范围与精度；采用无波前探测方法，可校正系统动态像差，实现远场光强实时整形。
【IPC分类】G02B27/09
【公开号】CN105204168
【申请号】CN201510591068
【发明人】张雨东, 何杰铃, 魏凌, 杨金生, 李喜琪, 何益
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月16日