基于光波可逆传输的自适应光学波前校正环路

摘要

本发明涉及一种基于光波可逆传输的自适应光学波前校正环路，特别适用于校正高功率激光系统输出光束波前。本方法利用波前测量仪和变形镜，依据光波传输的可逆性原理，达到优化会聚焦点的目得。由于该方法是以人为设置的近理想焦点作为目标靶点，逆向传输到变形镜表面后形成参考波前，所以该参考波前与理想焦点相对应。以此参考波前作为目标基准控制变形镜，以校正高功率激光系统输出光束波前，则能在靶点得到近理想的高功率激光系统会聚焦点。该方法完全避免了经典校正环路用于校正高功率激光系统输出波前时，校正后的近理想平面波前经压缩光学元件和会聚光学元件时引入的波前“二次污染”问题，是一种能提升高功率激光系统可聚焦焦点功率密度的有效方法。

主权项

一种提升使用自适应光学环路的高功率激光系统可聚焦功率密度的方法，该方法利用逆向光路获得与近理想焦点对应的变形镜表面波前，来作为校正环路的目标参考波前；<1>先将第一变形镜安装于高功率激光系统出射光束被第一扩束镜扩束之前的位置；<2>高功率激光系统的出射光束，经抛物面镜聚焦后，在焦点前后，分别用第一光阑、第二光阑在焦点前后建立两个基准；<3>搭建逆向传输光束的光路：关闭高功率激光系统，选用光束质量较好的激光管，相对于高功率激光系统的出射光束，称激光管出射的光束为逆向光束，逆向光束经第二扩束镜、第三扩束镜扩束，扩束后的光束直径与第二变形镜的口径相匹配，扩束后的光束经第一反射镜反射后入射到第二变形镜，经第二反射镜反射后，由第四扩束镜、第五扩束镜进一步扩束，扩束后的直径与高功率激光系统入射到抛物面镜的入射光束直径相同，然后经会聚透镜会聚，会聚的逆向光束要求恰好通过作为基准的第二光阑、第一光阑；<4>利用逆向光束形成理想焦点：逆向光束经第二反射镜反射后，漏光经第三反射镜反射后，经第一缩束透镜、第二缩束透镜缩束后入射到第一波前探测器；第二变形镜与第一波前探测器之间由第一控制计算机连接，形成反馈环路；利用该反馈环路校正逆向光束波前，使得经第二变形镜反射后的波前接近理想平面；该波前在会聚过程中，由于不经过光栅及抛物面镜，因此校正后近理想的平面波前能会聚形成近理想的会聚焦点；该逆向光束将沿高功率激光系统的光路原路返回；<5>搭制参考波前测量环路：被校正后的逆向光束沿高功率激光系统原路返回后，利用第二波前探测器测量第一变形镜表面反射波前；逆向光束经第四反射镜反射后，利用第四反射镜的漏光搭制测量环路以测量第一变形镜表面反射的逆向光束波前，漏光经第三缩束透镜、第四缩束透镜缩束后入射到第二波前探测器；第一变形镜和第二波前探测器之间为物像共轭关系，第二计算机为控制系统，形成波前测量环路；<6>获得参考波前：利用第四反射镜后的漏光进行测量，第四反射镜（2）的漏光经第三缩束透镜（33）、第四缩束透镜缩束后，导入第二波前探测器，为精确测量第一变形镜表面波前，通过改变第二波前探测器的位置以使第二波前探测器和第一变形镜之间满足物像共轭关系；第二计算机为控制系统；利用第二波前探测器、第一变形镜和第二计算机构成的测量环路，测量第一变形镜表面波前；测量结束后，拆去测量结束前所利用的即<1>、<2>、<3>、<4>、<5>、<6>中所述的除第一变形镜（3）、高功率激光系统以外的所有光学元件；<7>校正高功率激光系统出射光束波前：开通高功率激光系统，利用高功率激光系统的出射光束经第五反射镜反射后的漏光搭制控制环路以校正第一变形镜表面的波前，漏光经第五缩束透镜、第六缩束透镜缩束后入射到第三波前探测器；控制第三波前探测器的位置，以使第一变形镜和第三波前探测器之间满足物像共轭关系，第二计算机为控制系统；在控制环路中，以<6>中所获波前为目标参考波前，控制环路开始工作，当第一变形镜（3） 表面波前尽可能接近目标参考波前时，校正结束。