专利名称：激光聚焦光斑控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光光束控制技术领域，具体涉及一种激光聚焦光斑控制方法及装置。
背景技术：
激光自1960年问世至今，得到了空前的发展，由于其亮度高、单色性好、准直和聚焦性能好，已在科学研究、军事国防、工业加工、天文观测和信息传播等领域得到了广泛的应用。在实际应用当中，由于激光的聚焦性能好，可以很容易得到微米级甚至纳米级的聚焦光斑，因此聚焦后的激光光束被广泛的应用于激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打 标以及激光医疗等操作中；此外，超高功率的激光光束经过聚焦后还被用在惯性约束核聚变中。从波动光学的角度，任何光束都可以描述为光场，以复振幅的形式给出，主要包含光强项和相位项
E (X，y) = u (X，v) e!kv[x'y)；不同形式的光场对应的激光光束聚焦能力就会有所不同，因此激光的聚焦性能同时受到激光光强分布和波前畸变的影响。现有技术的一种激光聚焦光斑的控制方法中利用SPGD算法(随机并行梯度下降法算法)对激光光束的远场聚焦光斑进行闭环控制；利用该方法可以有效的优化聚焦在靶材上的光斑，但该方法是在默认补偿激光光束的目标光强分布为均匀分布的前提下提出的，由于没有考虑光强项，如果激光的光强分布中存在不均匀因素，单一的评价函数设定很容易使闭环过程进入局部最优求解而无法实现全局最优，造成激光聚焦光斑无法得到很好的控制。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种能够在激光光强分布中存在不均匀因素时，仍然能够得到全局最优的最佳补偿波前来补偿激光光束的波前，使激光聚焦光斑得到很好的控制；进一步的，本发明还提供了一种能够在激光光强分布中存在不均匀因素时，仍然能够很好的控制激光聚焦光斑的装置。(二)技术方案本发明技术方案如下一种激光聚焦光斑控制方法，包括步骤SI.提取激光光束的光强分布信息以及波前信息；S2.根据所述光强分布信息以及波前信息，计算对激光光束的最佳补偿波前；
S3.根据所述最佳补偿波前补偿激光光束的波前，从而使激光聚焦光斑得到控制。优选的，所述步骤S2中通过迭代傅立叶算法计算最佳补偿波前。 优选的，所述步骤S2中通过梯度下降算法、随机并行梯度下降算法、模拟退火算法或者遗传算法计算最佳补偿波前。本发明还提供了一种实现上述的控制方法的激光聚焦光斑控制装置一种实现上述的控制方法的激光聚焦光斑控制装置，包括在激光光束光路上依次设置的波前控制器、聚焦镜以及目标靶材；所述波前控制器与聚焦镜之间设置有分束镜，所述分束镜从激光光束分出取样光束，所述取样光束的光路上设置有波前传感器，所述波前传感器与控制机构连接，所述控制机构与所述波前控制器连接；所述波前传感器采集取样光束的光强分布信息以及波前信息并反馈至所述控制机构，所述控制机构计算最佳补偿波前并控制所述波前传感器补偿激光光束的波前。优选的，所述波前控制器为变形镜或液晶调制器。优选的，所述波前传感器为哈特曼传感器。优选的，所述控制机构为单片机、可编程控制器、DSP微处理器或者计算机。优选的，所述变形镜上分布有致动器阵列，所述控制机构反馈控制每个致动器从而控制对激光光束的补偿波前。(三)有益效果本发明的激光聚焦光斑控制方法由于同时利用光强分布信息和波前信息而得到最佳补偿光强，因此能够根据不同的激光光强状态，控制对激光光束补偿的理想波前；本发明的激光聚焦光斑控制装置由于同时对光强分布信息和波前信息进行探测，并根据不同的激光光强状态控制波前控制器得到相应的理想波前，因而能够实现对激光远场光斑的有效控制。
图I是本发明的一种激光聚焦光斑控制装置结构示意图。图中2 :波前控制器；3 :分束镜；4 :波前传感器；5 :控制机构；6 :聚焦镜；7 :目标靶材。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对发明的具体实施方式
做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例一一种激光聚焦光斑控制方法，包括步骤SI.通过波前传感器等装置提取激光光束的光强分布信息以及波前信息；分别记为光强分布u (X，y)，波前Φ (X，y)，S2.根据光强分布信息以及波前信息，计算对激光光束的最佳补偿波前；最佳补偿波前应满足与激光光束波前叠加后的总波前畸变均方根值值应小于O. I微米；本实施例中该步骤具体为依据傅里叶光学中的远场光斑定义
权利要求
1.一种激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，包括步骤 51.提取激光光束的光强分布信息以及波前信息； 52.根据所述光强分布信息以及波前信息，计算对激光光束的最佳补偿波前； 53.根据所述最佳补偿波前补偿激光光束的波前，从而使激光聚焦光斑得到控制。
2.根据权利要求I所述的激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，所述步骤S2中通过迭代傅立叶算法计算最佳补偿波前。
3.根据权利要求I所述的激光聚焦光斑控制方法，其特征在于，所述步骤S2中通过梯度下降算法、随机并行梯度下降算法、模拟退火算法或者遗传算法计算最佳补偿波前。
4.一种实现权利要求I所述的控制方法的激光聚焦光斑控制装置，包括在激光光束光路上依次设置的波前控制器(2)、聚焦镜(6)以及目标靶材(7);其特征在于，所述波前控制器(2 )与聚焦镜(6 )之间设置有分束镜(3 ),所述分束镜(3 )从激光光束分出取样光束，所述取样光束的光路上设置有波前传感器(4)，所述波前传感器(4)与控制机构(5)连接，所述控制机构(5)与所述波前控制器(2)连接；所述波前传感器(4)采集取样光束的光强分布信息以及波前信息并反馈至所述控制机构(5)，控制机构(5)计算最佳补偿波前并反馈控制所述波前控制器(2)补偿激光光束的波前。
5.根据权利要求4所述的激光聚焦光斑控制装置，其特征在于，所述波前控制器(2)为变形镜或液晶调制器。
6.根据权利要求4所述的激光聚焦光斑控制装置，其特征在于，所述波前传感器(4)为哈特曼传感器。
7.根据权利要求4至6任意一项所述的激光聚焦光斑控制装置，其特征在于，所述控制机构(5)为单片机、可编程控制器、DSP微处理器或者计算机。
8.根据权利要求5所述的激光聚焦光斑控制装置，其特征在于，所述变形镜上分布有致动器阵列，所述控制机构(5)反馈控制每个致动器从而控制所述变形镜对激光光束的补偿波前。
全文摘要
本发明涉及激光光束控制技术领域，具体涉及一种激光聚焦光斑控制方法及装置。该激光聚焦光斑控制方法，包括步骤S1.提取激光光束的光强分布信息以及波前信息；S2.根据所述光强分布信息以及波前信息，计算对激光光束的最佳补偿波前；S3.根据所述最佳补偿波前补偿激光光束的波前，从而使激光聚焦光斑得到控制。本发明的激光聚焦光斑控制方法由于同时利用光强分布信息和波前信息而得到最佳补偿光强，因此能够根据不同的激光光强状态，控制对激光光束补偿的理想波前。
文档编号G02B26/06GK102944932SQ20121049162
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者巩马理, 邱运涛, 柳强, 黄磊, 闫平, 张海涛, 刘欢 申请人:清华大学