一种针对甚多束激光靶点波前测试装置及其测试方法与流程

本发明属于激光器光束质量控制技术领域，具体地说涉及一种针对甚多束激光靶点波前测试装置及其测试方法。

背景技术：

在高功率固体激光装置中，为更好的满足物理实验需求，须对靶点处光束波前畸变进行有效控制，因而，该位置处波前的精密测试是一项重要研究内容。在应用于激光惯性约束聚变研究领域的甚多束激光装置，激光束从靶球的不同位置聚焦入射，由于靶室空间有限且光束聚焦于同一点，无法针对各光束分别建立波前探测设备。

技术实现要素：

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种采用一套测试装置实现甚多束激光在靶点位置的波前测试的测试装置及其测试方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种针对甚多束激光靶点波前测试装置，包括：

同光轴设置的准直缩束透镜和波前传感器，激光光束经准直缩束透镜缩束成平行光，平行光入射至波前传感器；

第一平移台，所述准直缩束透镜位于第一平移台上，且第一平移台能够沿着准直缩束透镜的光轴移动；

第二平移台，所述第一平移台和波前传感器位于第二平移台上，所述第二平移台的底部设有第一电动推杆；

调整平台，所述调整平台依次包括呈直线式设置的第一旋转平台、六自由度运动平台以及与第二平移台铰接的第二旋转平台，所述六自由度运动平台的2个平台分别与第一旋转平台、第二旋转平台固定连接，所述第一旋转平台、第二旋转平台垂直设置，且第二旋转平台与第一电动推杆连接；

以及控制系统，所述控制系统分别与波前传感器、第一旋转平台、六自由度运动平台、第二旋转平台和第一电动推杆连接。

进一步，所述第一平移台的底部设有滑动机构，所述滑动机构包括固定板、滑动板以及与控制系统连接的第二电动推杆，所述固定板位于滑动板的下方，且固定板与第二平移台固定连接，所述滑动板与第一平移台固定连接。

进一步，所述固定板上表面设置平行于准直缩束透镜光轴的凹槽，所述滑动板的下表面设有与凹槽匹配的凸耳，所述第二电动推杆的电机端和推杆端分别通过连接块与固定板、滑动板连接。

进一步，所述第一电动推杆沿着垂直方向设置，其电机端与第二旋转平台连接，其推杆端与第二平移台连接，所述第二电动推杆沿着水平方向设置。

进一步，所述第一旋转平台沿着水平方向设置，所述第二旋转平台沿着垂直方向设置。

进一步，所述甚多束激光光束具有相同的光束口径，且沿不同方向入射，经相同焦距的聚焦透镜聚焦于同一靶点，所述准直缩束透镜与聚焦透镜匹配。

进一步，所述控制系统具备波前采集、波前参考设置、波前Zernike模式分解与分析功能。

另，本发明还提供一种针对甚多束激光靶点波前测试装置的测试方法，包括如下步骤：

S1：将测试装置置于靶点处，将待测光路的激光光束通光至靶点，并关闭其他光路的激光；

S2：调整六自由度运动平台，对待测光路的激光光束进行扫描，直至激光光束进入波前传感器视场；

S3：调整第一旋转平台、第二旋转平台和第一电动推杆，使激光光束位于波前传感器视场中心，调整第二电动推杆，使波前传感器视场中光斑口径与设计口径一致，记录准直缩束透镜的位置为第一位置；

S4：控制系统采集激光光束波前并设置为对准波前参考，进行激光光束与准直缩束透镜的对准操作；

S5：调整第二电动推杆，使准直缩束透镜达到波前离焦量最小值，控制系统采集激光光束波前并设置为装置波前参考，调整第二电动推杆，使波前传感器视场中光斑口径与设计口径一致，控制系统采集并得到激光光束波前；

S6：重复步骤S1～S5，采集并得到其他光路的激光光束波前。

进一步，所述步骤S4中激光光束与准直缩束透镜的对准操作包括控制第二旋转平台的旋转角度和第一电动推杆的推杆端长度；

所述第二旋转平台的旋转角度的控制过程，具体包括以下步骤：

S11：调整第二电动推杆，使准直缩束透镜移动一定距离，记录准直缩束透镜的位置为第二位置，采集激光光束波前；

S12：控制系统通过波前Zernike模式分解与分析功能，将激光光束波前中的离焦量扣除，得到激光光束轴线与准直缩束透镜轴线存在夹角而带来的波前倾斜量；

S13：准直缩束透镜复位至第一位置，控制第二旋转平台沿单一方向旋转一定角度，控制系统采集激光光束波前并设置为新对准波前参考，重复步骤S11～S12，观察波前倾斜量的变化，若倾斜量未发生方向变化且量值减小，则继续沿该方向旋转第二旋转平台，若倾斜量未发生方向变化且量值增大，则沿反方向旋转第二旋转平台，若倾斜量方向发生翻转，则沿反方向旋转第二旋转平台；

S14：重复步骤S13，直至移动准直缩束透镜所引入的波前倾斜量小于1μm，即完成激光光束与准直缩束透镜的对准操作。

进一步，所述第一电动推杆的推杆端长度的控制过程与第二旋转平台的旋转角度的控制过程相同，且两种控制过程可在同一时序进行。

本发明的有益效果是：

在第一电动推杆、第二电动推杆和调整平台的共同作用下，采用一套测试装置实现甚多束激光在靶点位置的波前测试，无须增加额外的光源和设备，便可实现激光光束与准直缩束透镜的精密对准，获得准确的波前分布，避免引入探测误差。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的整体结构示意图；

图4是准直缩束透镜1处于第一位置的整体波前采集图；

图5(a)是准直缩束透镜1处于第二位置的整体波前采集图；

图5(b)是图5(a)中扣除离焦量后的波前采集图；

图6是调整第二旋转平台旋转角度后的整体波前采集图。

附图中：1-准直缩束透镜、2-波前传感器、3-第一平移台、4-第二平移台、5-固定板、6-滑动板、7-第一旋转平台、8-六自由度运动平台、801-平台、9-第二旋转平台、10-连接块、11-第一电动推杆、12-第二电动推杆、13-激光光束。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-3所示，一种针对甚多束激光靶点波前测试装置，包括准直缩束透镜1、波前传感器2、第一平移台3、第二平移台4、调整平台以及控制系统，所述甚多束激光光束13具有相同的光束口径，且沿不同方向入射，经相同焦距的聚焦透镜聚焦于同一靶点，所述准直缩束透镜1和波前传感器2同光轴设置，激光光束13经准直缩束透镜1缩束成平行光，平行光入射至波前传感器2，所述准直缩束透镜1与聚焦透镜匹配，所述匹配指激光光束13能够全部入射至准直缩束透镜1处，且准直后的光束口径与波前传感器2的有效口径一致。

所述准直缩束透镜1位于第一平移台3上，所述第一平移台3的底部设有滑动机构，在滑动机构的作用下，所述第一平移台3能够沿着准直缩束透镜1的光轴移动，以保证消除不同激光光束13间的离焦差异。所述第一平移台3和波前传感器2位于第二平移台4上。所述滑动机构包括固定板5、滑动板6以及第二电动推杆12，所述固定板5位于滑动板6的下方，且固定板5与第二平移台4固定连接，所述滑动板6与第一平移台3固定连接，也就是说，固定板5与第二平移台4连接为一体，滑动板6与第一平移台3连接为一体。为了实现第一平移台3的移动，所述固定板5上表面设置平行于准直缩束透镜1光轴的凹槽，所述滑动板6的下表面设有与凹槽匹配的凸耳，所述凸耳位于凹槽内。所述第二电动推杆12的电机端和推杆端分别通过连接块10与固定板5、滑动板6连接，所述第二电动推杆12沿着水平方向设置，在第二电动推杆12的作用下，滑动板6带动第一平移台3在凹槽内移动。

所述调整平台依次包括呈直线式设置的第一旋转平台7、六自由度运动平台8以及与第二旋转平台9，所述六自由度运动平台8的2个平台801分别与第一旋转平台7、第二旋转平台9固定连接，也就是说，所述调整平台为一体式结构。所述六自由度运动平台8能够实现沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动和绕这三个坐标轴的转动。所述第二旋转平台9与第二平移台4铰接，同时，所述第二平移台4的底部设有垂直方向的第一电动推杆11，所述第一电动推杆11的电机端与第二旋转平台9连接，其推杆端与第二平移台4连接，也就是说，第一电动推杆11能够改变第二平移台4和第二旋转平台9间的俯仰夹角。所述第一旋转平台7沿着水平方向设置，所述第二旋转平台9沿着垂直方向设置，也就是说，所述第一旋转平台7、第二旋转平台9垂直设置，在第一旋转平台7、第二旋转平台9的作用下，第二平移台4能够实现上下翻动、左右旋转操作。沿x、y、z三个直角坐标轴方向的三维平移可以将第二平移台4移动至靶点附近，旋转及俯仰角度范围大于激光光束13分布的角度范围，且各调整维度控制电机的运动精度在数十微米量级，以满足精密调试需求。

所述控制系统分别与波前传感器2、第一旋转平台7、六自由度运动平台8、第二旋转平台9、第一电动推杆11以及第二电动推杆12连接，所述控制系统具备波前采集、波前参考设置、波前Zernike模式分解与分析功能。

实施例二：

一种针对甚多束激光靶点波前测试装置的测试方法，包括如下步骤：

S1：将测试装置置于靶点处，将待测光路的激光光束13通光至靶点，并关闭其他光路的激光；

S2：调整六自由度运动平台8，对待测光路的激光光束13进行扫描，直至激光光束13进入波前传感器2视场；

S3：调整第一旋转平台7、第二旋转平台9和第一电动推杆11，使激光光束13位于波前传感器2视场中心，调整第二电动推杆12，使波前传感器2视场中光斑口径与设计口径一致，记录准直缩束透镜的1位置为第一位置，所述设计口径为波前传感器2的有效口径；

S4：控制系统采集激光光束13波前，并设置为对准波前参考，此时，波前显示为光束波前的扰动，所述扰动来源于光路抖动、气流扰动等，进行激光光束13与准直缩束透镜1的对准操作；

S5：调整第二电动推杆12，使准直缩束透镜1达到波前离焦量最小值，控制系统采集激光光束13波前并设置为装置波前参考，也就是说，将测试装置的自身像差设置为装置波前参考，调整第二电动推杆12，使波前传感器2视场中光斑口径与设计口径一致，控制系统采集并得到激光光束13波前；

S6：重复步骤S1～S5，采集并得到其他光路的激光光束13波前。在第一电动推杆11、第二电动推杆12和调整平台的共同作用下，采用一套测试装置实现甚多束激光在靶点位置的波前测试，无须增加额外的光源和设备，便可实现激光光束13与准直缩束透镜1的精密对准，获得准确的波前分布，避免引入探测误差。

若激光光束13入射方向与准直缩束透镜1轴线存在夹角，则可能引入探测误差，因此，必须使激光光束13与准直缩束透镜1对正，以消除误差。在两者未对正时，将准直缩束透镜1沿其光轴移动，移动后与移动前出射的激光光束13间存在一定的偏折角度，所述偏折角度在波前传感器2上体现为倾斜量。因此，所述激光光束13与准直缩束透镜1的对准操作，需要通过控制第二旋转平台9的旋转角度和第一电动推杆11的推杆端长度来实现，且两者的控制过程相同，两种控制过程可在同一时序进行，提升调试效率，也可以在不同时序进行。

所述第二旋转平台9的旋转角度的控制过程，具体包括以下步骤：

S11：调整第二电动推杆12，使准直缩束透镜1移动一定距离，记录准直缩束透镜1的位置为第二位置，采集激光光束13波前，此时，波前中包含因准直缩束透镜1移动带来的离焦量以及因激光光束13轴线与准直缩束透镜1轴线夹角带来的倾斜量；

S12：控制系统通过波前Zernike模式分解与分析功能，将激光光束13波前中的离焦量扣除，得到波前倾斜量；

S13：准直缩束透镜1复位至第一位置，控制第二旋转平台9沿单一方向旋转一定角度，控制系统采集激光光束13波前并设置为新对准波前参考，重复步骤S11～S12，观察波前倾斜量的变化，若倾斜量未发生方向变化且量值减小，说明旋转方向正确，但调整量不够，则继续沿该方向旋转第二旋转平台9，若倾斜量未发生方向变化且量值增大，说明旋转方向错误，则沿反方向旋转第二旋转平台9，若倾斜量方向发生翻转，说明调整过量，则沿反方向旋转第二旋转平台9；

S14：重复步骤S13，直至移动准直缩束透镜1所引入的波前倾斜量小于1μm，即完成激光光束13与准直缩束透镜1的对准操作，即完成激光光束13与波前传感器2的对准操作。

实施例三：

本实施例以第二旋转平台9的旋转角度的控制过程为例，激光光束13与准直缩束透镜1的对准步骤如下：

准直缩束透镜1处于第一位置时，采用波前传感器2进行波前采集，如图4所示，整体的峰谷值(PV)值不大，PV＝0.3μm。准直缩束透镜1沿光轴前移到达第二位置，再次采集波前，如图5(a)所示，PV＝20.6μm，控制系统通过Zernike模式分析，将其中的离焦量扣除，剩余的便只是倾斜量，如图5(b)所示，PV＝9.6μm。

准直缩束透镜1复位至第一位置，控制第二旋转平台9沿顺时针旋转一定角度，采用波前传感器2进行波前采集，如图6所示，整体的PV值为0.85μm，也就是说，移动准直缩束透镜1所引入的波前倾斜量小于1μm，完成对准操作。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。