一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光束整形領(lǐng)域的激光束整形裝置，具體涉及一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光器由于在方向性、亮度、單色性及相干性等方面具有良好的特性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、通信、醫(yī)學(xué)和科學(xué)研宄等諸多領(lǐng)域。通常情況下，激光束在空間強(qiáng)度上呈高斯分布。隨著激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，高斯光束已不能滿足實(shí)際應(yīng)用中的一些特定需求。例如激光加工、激光全息照相、激光存儲(chǔ)與記錄、醫(yī)療領(lǐng)域等，這些應(yīng)用場(chǎng)合要求激光器輸出光束形態(tài)與能量呈特定的分布。
[0003]以波前校正器為近場(chǎng)位相控制元件的激光束整形系統(tǒng)，具有控制靈活、整形面形多樣化、適應(yīng)性好、破壞閾值高等優(yōu)點(diǎn)。Koshichi Nemoto等于1996年采用stat1naryphase method與光學(xué)幾何坐標(biāo)變換方法，利用9單元變形鏡成功的將高斯光束轉(zhuǎn)換為方形光束(‘‘Koshichi Nemoto, Takashi Fuji, Naohiko Goto, Takuya Nayuki and Yosh1-kazuKana1.‘Transformat1n of a laser beam intensity profile by a deformablemirror.’OPTICS LETTERS, 1996, 21(3): 168 ?170”)，并于 1997年采用遺傳算法控制 9 單元變形鏡實(shí)現(xiàn)方形激光束整形(“Koshichi Nemoto, Takuya Nayuki，Takashi Fujii, NaohikoGoto and Yosh1-kazu Kana1.‘Optimum control of the laser beam intensityprofile with a deformable mirror.’ APPLIED OPTICS, 1997，36 (30): 7689 ?7695”)；R.El-Agmy等于2005年采用模擬退火算法控制37單元變形鏡實(shí)現(xiàn)不同束腰半徑的高斯與超高斯激光束整形(“R.El-Agmy, H.Bulte, A.H.Greenaway and D.T.Reid.‘Adaptivebeam profile control using a simulated annealing algorithm.’ OPTICSEXPRESS, 2005，13(16):6085?6091”);楊平等于2007年采用全局遺傳控制算法控制19單元壓電變形鏡實(shí)現(xiàn)高斯與超高斯激光束整形(“Ping Yang, Yuan Liu, Wei Yang, MinwuAo,Shijie Hu, Bing Xu and Wenhan Jiang.1An adaptive laser beam shaping techniquebased on a genetic algorithm.’ CHINESE OPTICS LETTERS, 2007, 5 (9):497 ?500”)。
[0004]以上基于波前校正器的激光束整形方法，都只解決了遠(yuǎn)場(chǎng)焦面位置的激光束整形問(wèn)題，沒(méi)有考慮遠(yuǎn)場(chǎng)沿光軸其它位置的激光束整形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為:針對(duì)現(xiàn)有的基于波前校正器的激光束整形系統(tǒng)只考慮遠(yuǎn)場(chǎng)焦面位置而沒(méi)有考慮沿光軸其它位置的激光束整形的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用波前校正器與固定在移動(dòng)導(dǎo)軌上的遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)實(shí)現(xiàn)激光束三維整形的裝置。該裝置利用控制計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)導(dǎo)軌，改變遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)靶面沿光軸的位置，利用波前校正器為激光束整形系統(tǒng)核心元件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)沿光軸任意位置的激光束整形，并通過(guò)共軛關(guān)系，在應(yīng)用系統(tǒng)中同步實(shí)現(xiàn)激光束三維整形。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器系統(tǒng)、光束匹配系統(tǒng)、波前探測(cè)與校正系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中:
[0007]所述的激光器系統(tǒng)，由激光器與準(zhǔn)直鏡組成，對(duì)激光器輸出光束準(zhǔn)直；
[0008]所述的光束匹配系統(tǒng)，由光束匹配系統(tǒng)的第一透鏡與光束匹配系統(tǒng)的第二透鏡組成，使波前校正器輸出激光束與波前探測(cè)器輸入激光束孔徑匹配；
[0009]所述的波前探測(cè)與校正系統(tǒng)，由波前校正器、分光鏡與波前探測(cè)器組成，實(shí)現(xiàn)波前像差探測(cè)與激光束近場(chǎng)位相控制；
[0010]所述的應(yīng)用系統(tǒng)，由分光鏡、聚焦透鏡與工作臺(tái)組成，聚焦透鏡輸出整形后的激光束，并作用于工作臺(tái)上的工作對(duì)象；
[0011]所述的監(jiān)控系統(tǒng)，由聚焦透鏡與遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)組成，遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)監(jiān)控聚焦透鏡輸出激光束遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布；
[0012]所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由移動(dòng)導(dǎo)軌、高壓放大器與控制計(jì)算機(jī)組成，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)移動(dòng)導(dǎo)軌控制遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)位置，通過(guò)波前探測(cè)器探測(cè)系統(tǒng)像差，通過(guò)高壓放大器控制波前校正器驅(qū)動(dòng)器電壓，通過(guò)工作臺(tái)調(diào)整工作對(duì)象位置。
[0013]其中，激光器發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，進(jìn)入波前校正器，輸出激光束經(jīng)分光鏡，反射光進(jìn)入應(yīng)用系統(tǒng)，經(jīng)聚焦透鏡輻照工作臺(tái)上的應(yīng)用對(duì)象；分光鏡透射光經(jīng)由透鏡與透鏡組成的光束匹配系統(tǒng)，激光束口徑匹配后輸入分光鏡，透射光輸入波前探測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)像差，反射光經(jīng)聚焦透鏡進(jìn)入遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)，采集遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布圖像。
[0014]其中，波前探測(cè)器探測(cè)系統(tǒng)像差；控制計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)導(dǎo)軌，確定遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)沿光軸的位置；結(jié)合系統(tǒng)像差，遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)沿光軸的位置及遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)采集的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布圖像，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)高壓放大器控制波前校正器驅(qū)動(dòng)器電壓，實(shí)現(xiàn)激光束整形。
[0015]其中，控制計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)導(dǎo)軌，改變遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)沿光軸的位置，采集沿光軸的任意位置遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布圖像，從而在遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)處實(shí)現(xiàn)激光束三維整形。
[0016]其中，聚焦透鏡與聚焦透鏡的焦面處于共軛位置，在遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)處實(shí)現(xiàn)激光束三維整形時(shí)，在工作臺(tái)處也同步實(shí)現(xiàn)激光束三維整形。
[0017]其中，波前校正器可以是薄膜變形鏡、雙壓電片變形鏡、分立表面壓電驅(qū)動(dòng)變形鏡、連續(xù)表面垂直分立致動(dòng)多道變形鏡、微電子機(jī)械系統(tǒng)分立表面變形鏡、液晶空間光調(diào)制器、聲光空間光調(diào)制器。
[0018]其中，遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)固定在移動(dòng)導(dǎo)軌上，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)控制移動(dòng)導(dǎo)軌沿光軸移動(dòng)，從而使得遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)靶面位置也沿光軸移動(dòng)。
[0019]其中，波前校正器，波前探測(cè)器，遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)，移動(dòng)導(dǎo)軌，工作臺(tái)都由控制計(jì)算機(jī)控制。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)、本發(fā)明提出一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)沿光軸任意位置的激光束整形。通過(guò)控制計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)導(dǎo)軌，改變遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)靶面沿光軸位置，采集沿光軸任意位置的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布圖像，從而于遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)處實(shí)現(xiàn)激光束三維整形；
[0022](2)、本發(fā)明提出的一種基于波前校正器的激光束三維整形系統(tǒng)，通過(guò)使應(yīng)用系統(tǒng)聚焦透鏡與監(jiān)控系統(tǒng)聚焦透鏡焦面處于共軛位置，在監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)處實(shí)現(xiàn)激光束三維整形時(shí)，與工作臺(tái)處同步實(shí)現(xiàn)激光束三維整形；
[0023](3)、本發(fā)明提出的一種基于波前校正器的激光束三維整形方法，使得激光束整形技術(shù)可應(yīng)用于對(duì)光束形態(tài)沿光軸位置有特定要求的領(lǐng)域，例如激光打孔、同位素濃縮等。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成示意圖，其中，I為激光器，2為準(zhǔn)直透鏡，3為波前校正器，4與9為分光鏡，5與11為聚焦透鏡，6為工作臺(tái)，7與8分別為光束匹配系統(tǒng)的第一、第二透鏡，10為波前探測(cè)器，12為遠(yuǎn)場(chǎng)相機(jī)，13為移動(dòng)導(dǎo)軌，14為高壓放大器，15為控制計(jì)算機(jī)。