專利名稱：提高高能拍瓦激光聚焦功率密度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高能拍瓦激光聚焦功率密度和自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，特別是一種提高高能拍瓦激光聚焦功率密度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
超短超強(qiáng)激光科學(xué)以超短超強(qiáng)激光技術(shù)的發(fā)展，超短超強(qiáng)激光與物質(zhì)的相互作用，以及在交叉學(xué)科和相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域中的前沿基礎(chǔ)研究為研究對象，是重要的科學(xué)前沿領(lǐng)域，是實現(xiàn)極端物理條件，進(jìn)而揭示物質(zhì)本質(zhì)的基礎(chǔ)。自二十世紀(jì)八十年代中期以來，高功率超短脈沖激光技術(shù)得到了飛速發(fā)展，包括我國在內(nèi)的世界各科技大國相繼建立了大型的高功率超短脈沖激光裝置。超短超強(qiáng)激光以超高功率密度而著稱，而提升靶面峰值功率密度始終是這一領(lǐng)域最主要的追求目標(biāo)之一， 因而可聚焦的功率密度是超短超強(qiáng)激光系統(tǒng)中人們最主要的關(guān)注指標(biāo)。為提升聚焦功率密度，在系統(tǒng)確定峰值功率的情況下，通過提高光束波前質(zhì)量以達(dá)到減小焦斑尺度，從而提高聚焦功率密度，是一種有效而經(jīng)濟(jì)的手段。但在實際的高功率激光系統(tǒng)中，由于放大過程中放大介質(zhì)所存在的溫度梯度效應(yīng)、非線性效應(yīng)及眾多光學(xué)元件的像差等因素，導(dǎo)致動態(tài)和靜態(tài)畸變，使得放大后的激光光束波前不再是理想平面。在聚焦時，導(dǎo)致焦斑尺度大、斯特利爾比值(Strehl ratio)低，從而導(dǎo)致激光能量不能有效地會聚。特別隨著激光能量的不斷增大，放大級次的不斷增多，裝置規(guī)模的不斷升級，這些效應(yīng)導(dǎo)致的畸變會越來越嚴(yán)重，最終使激光的高能量不能在實驗研究中得到有效應(yīng)用。由此，無論從那方面考慮，提高超強(qiáng)超短脈沖激光的聚焦功率密度都顯得尤為重要。利用自適應(yīng)光學(xué)原理改善波前質(zhì)量是當(dāng)前提高高能拍瓦激光峰值功率密度的最主要手段。自適應(yīng)光學(xué)波前校原理如下利用波前測量裝置，如波前剪切干涉儀或哈特曼 (S-H)波前測量儀，探測激光系統(tǒng)中聚焦元件之前的輸出波前相位分布，并將其與理想波前分布做比較得出波前畸變量?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)畸變量的大小，將所需的電壓加到變形鏡壓電陶瓷的各個電極上，通過不同電極電壓的正負(fù)和大小以改變變形鏡的面形，從而使得變形鏡反射的激光波前相位發(fā)生相應(yīng)的變化。波前探測器和變形鏡組成一個自適應(yīng)光學(xué)校正環(huán)路，通過多次循環(huán)測量和校正使得最終輸出波前接近理想波前。校正好的波前再經(jīng)過聚集元件聚焦，得到接近于衍射極限的焦斑?，F(xiàn)有的利用自適應(yīng)光學(xué)波前校正提高高能激光聚焦峰值功率密度的裝置如圖2 所示，包括擴(kuò)束系統(tǒng)3、大口徑變形鏡16、透射率為2%左右的反射鏡13、離軸拋面鏡6、縮束系統(tǒng)15、波前探測器10、高分辨率科學(xué)CCD9、計算機(jī)11和變形鏡高壓電源控制器12。在大型激光系統(tǒng)中，自適應(yīng)光學(xué)校正的目的在于減小光斑聚焦焦斑的大小，提高焦斑的功率密度，因此所選的理想波前一般為理想平面波前，當(dāng)聚焦元件前的波前質(zhì)量接近理想平面波前時，其能聚焦的焦點(diǎn)大小也接近理論衍射極限。在實際的應(yīng)用中，這種方法被實踐證明是一種有效的能減小聚焦光斑大小，提高聚焦功率密度的方法，比如加拿大200TW的ALLS激光系統(tǒng)和日本JAERI激光系統(tǒng)都是通過這種方法校正波前畸變，使得聚焦后的光斑接近理論衍射極限，峰值功率達(dá)到102°W/cm2，非常有利于極限條件下的物理實驗。上述現(xiàn)有提高高能激光聚焦峰值功率密度的裝置的問題是
首先，傳統(tǒng)波前校正裝置中的測量儀器位于聚焦元件之前，其參考的理想波前為理想平面波前，以參考平面波前為基準(zhǔn)，通過變形鏡的波前變化將變形鏡出射波前校正為理想平面波前；
其次，由于測量儀器口徑的限制，不能直接測量中大光斑的波前，一般都是通過一個縮束成像系統(tǒng)將光斑縮小，和波前探測器的口徑相匹配，這就要求縮束成像系統(tǒng)不能引入額外的波前畸變，否則就會影響真實的波前測量；
再次，由于測量的波前在聚焦光學(xué)元件甚至壓縮光學(xué)元件之前，因此即使把測量位置的波前校正為平面波前，并不能保證激光光斑能夠聚焦到接近衍射極限，因為光斑在此之后還要經(jīng)過聚焦元件，聚焦元件自身的加工精度和調(diào)節(jié)精度不可避免的引入新的波前畸變，使得校正好的波前發(fā)生劣化，影響最終的聚焦效果；
最后，該裝置中，變形鏡放置在光柵后，通常此處的光斑直徑很大，對于高能拍瓦系統(tǒng)來說一般大于120mm，也就要求只有大口徑的變形鏡才能達(dá)到波前校正目的，增加了系統(tǒng)的成本。因此，傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)波前校正環(huán)路要想達(dá)到比較好的校正效果，得到接近于衍射極限的焦斑，不僅要利用大口徑變形鏡把所測位置的光斑校正到理想平面波前，還要精密調(diào)節(jié)縮束成像系統(tǒng)和聚焦元件，避免引入新的波前畸變以至于影響測量和校正結(jié)果。它在提高高能量激光系統(tǒng)聚焦能力的應(yīng)用中對其它相關(guān)器件和調(diào)節(jié)精度的要求比較高，操作較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有的提高高能激光聚焦峰值功率密度的裝置的缺點(diǎn)，提供一種提高高能拍瓦激光聚焦功率密度的裝置，該裝置基于離軸拋物面鏡焦后發(fā)散球面波前測量，利用小口徑變形鏡校正大口徑輸出光束，能夠校正焦點(diǎn)前所有的波前畸變， 通過改善輸出波前質(zhì)量，得到接近于理論衍射極限的聚焦焦斑，能夠顯著地提高高能拍瓦激光聚焦的峰值功率密度。該方法校正效率高，經(jīng)濟(jì)廉價，調(diào)節(jié)簡單，而且工作穩(wěn)定。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種提高高能拍瓦激光聚集功率密度的裝置，該裝置包括反射鏡組、變形鏡、擴(kuò)束系統(tǒng)、壓縮器、大口徑離軸拋面鏡、反射率為5%的楔形鏡、波前探測器、高分辨率科學(xué)CCDdf 算機(jī)和變形鏡高壓電源控制器，其特點(diǎn)在于所述的變形鏡為小口徑變形鏡，從高能拍瓦激光光源輸出的激光光束經(jīng)過所述反射鏡組反射，以小于5°的入射角入射至所述變形鏡上， 從變形鏡出來后經(jīng)反射鏡組反射進(jìn)入所述的擴(kuò)束系統(tǒng)，由該擴(kuò)束系統(tǒng)輸出的大口徑光束經(jīng)所述的壓縮器后，由所述的大口徑離軸拋物面鏡會聚。在大口徑離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)前放置所述的楔形鏡，該楔形鏡將入射光束分為透射光束和反射光束，在經(jīng)該楔形鏡的反射光束的焦點(diǎn)后放置所述的波前探測器，以測量發(fā)散球面波前，在經(jīng)該楔形鏡的透射光束的焦點(diǎn)設(shè)置所述的科學(xué)高分辨率CCD，所述的變形鏡置于壓縮器和擴(kuò)束系統(tǒng)之前的小口徑光路中，所述波前探測器和所述變形鏡組成自適應(yīng)光學(xué)閉環(huán)校正環(huán)路，對焦點(diǎn)后的發(fā)散球面波前進(jìn)行測量和校正，通過改善輸出波前質(zhì)量來提高高能拍瓦激光聚焦功率密度，所述的小口徑Dl和大口徑D2的比值范圍是Dl/D2=l/5 3/4。
利用上述提高高能拍瓦激光聚集功率密度的裝置提高高能拍瓦激光聚集功率密度的方法，其特征在于該方法包括下列步驟
①入射在變形鏡表面的光束為擴(kuò)束前的小口徑光束，通過所述的反射鏡組使入射變形鏡表面的光束和出射光束之間的夾角小于10° ;
②為保證光柵壓縮器的安全，經(jīng)變形鏡的輸出光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束至大口徑光束，被壓縮器中的光柵壓縮后，被大口徑拋物面鏡會聚，會聚光束經(jīng)楔形鏡分為透射光束和反射光束，具有大部分能量透射光束被會聚在焦點(diǎn)，用于和物質(zhì)相互作用的物理實驗，反射光束被波前探測器探測；
③把波前探測器放置在經(jīng)楔形鏡的反射形成的焦點(diǎn)后適當(dāng)?shù)奈恢茫谷肷涞讲ㄇ疤綔y器的光斑恰好充滿波前探測器的入瞳，計算機(jī)程序?qū)⒉ㄇ疤綔y器的參考波前設(shè)置為理想球面波前；
④使用波前探測器測量反射光束的發(fā)散球面波前并輸入所述的計算機(jī)，該計算機(jī)將所述的發(fā)散球面波前與理想球面波波前進(jìn)行比較得出二者差值即為畸變量，將該畸變量計算出變形鏡各個電極的電壓值，再通過高壓電源控制系統(tǒng)將各個電極的電壓值加在相應(yīng)的電極上，改變變形鏡的面形，從而使變形鏡反射后的激光波前相位發(fā)生相應(yīng)的變化；
⑤重復(fù)步驟④，對測量的發(fā)散球面波前逐步改善，直至逼近所述的理想球面波前；
⑥當(dāng)校正后測量的發(fā)散球面波前接近理想波前后，將所述的高分辨率科學(xué)CCD相機(jī)放置在焦點(diǎn)，前后調(diào)節(jié)高分辨率科學(xué)CCD的位置直接測量焦點(diǎn)的焦斑大小和焦斑內(nèi)能量集中度，檢驗波前校正效果。與上述現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著的特點(diǎn)
I、本發(fā)明裝置是基于焦點(diǎn)后球面波前測量的預(yù)校正方法，當(dāng)焦后波前被校正為理想發(fā)散球面波前時，其對應(yīng)的焦前為理想會聚球面波，根據(jù)菲涅爾衍射公式，聚焦元件后的波前為理想會聚球面波前時，其聚焦后的焦斑為理想的衍射極限光斑，其也就是說當(dāng)我們校正后的波前越接近理想球面波前，其聚焦后的焦斑大小就越接近理論衍射極限的的大小。測量裝置放置在聚焦元件后面，直接測量焦點(diǎn)附近的波前分布，不需要引入縮束成像系統(tǒng)，避免引入額外的波前畸變，因此，測量結(jié)果能夠真實的反應(yīng)光波在主光路中的波前畸變，為變形鏡校正提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，并且調(diào)節(jié)簡單方便。2、本發(fā)明裝置對焦點(diǎn)附近球面波前進(jìn)行直接測量，意味著這種環(huán)路能校正激光系統(tǒng)的所有波前畸變，甚至包括離軸拋物面鏡引入的波前畸變，降低了拋物面鏡的調(diào)節(jié)要求， 波前校正后，球面波不需經(jīng)過任何光學(xué)元件，直接會聚，避免了波前被會聚光學(xué)元件的再次劣化，使得校正波前校正效果能夠完全的反應(yīng)到焦斑的聚焦效果，能夠更加有效的提高激光的聚焦能力；因此測量的結(jié)果可以更加真實再現(xiàn)焦點(diǎn)處的波前，與傳統(tǒng)的平面波前測量方法相比，避免縮束系統(tǒng)引入的波前畸變誤差，降低了對離軸拋物面鏡的調(diào)節(jié)精度要求，不僅調(diào)節(jié)簡單，而且校正后更易獲得近衍射極限聚焦光斑。3、本發(fā)明的變形鏡置于鈦寶石主放大器之后、壓縮器擴(kuò)束系統(tǒng)之前，可變形鏡上的形面變化不僅校正了可變形鏡之前所有動態(tài)和靜態(tài)畸變，還預(yù)先校正了壓縮光柵和離軸拋物面鏡引入的波前畸變，避免了傳統(tǒng)波前校正中由于無法校正聚焦元件引入的畸變導(dǎo)致校正效果劣化的情況發(fā)生。而且，擴(kuò)束前的光斑為小孔徑光束，光柵壓縮器后為大口徑光束，只需要口徑略大于小口徑光束的可變形鏡就能校正大口徑輸出光斑。這種方法能能夠用小口徑變形鏡校正激光系統(tǒng)中的所有波前畸變?？紤]到小口徑變形鏡價格相對便宜，因此該校正環(huán)路更為廉價。4、實驗表明，利用本發(fā)明裝置能夠得都較為理想的校正效果校正前的波前畸變PtV (波前分布峰谷值)=1. 225 λ，RMS (均方根值)=0. 179 λ，校正后的波前畸變 PtV=O. 434 λ，RMS=O. 048 λ，焦斑大小由校正前的3. 08X3. 78倍的衍射極限值縮小為校正后的I. 63X1. 78倍的衍射極限值，焦斑功率密度提高約4倍，在峰值功率為O. 89Pff/29fs 下，峰值功率密度達(dá)到1021W/cm2。


圖I是本發(fā)明提高高能拍瓦激光峰值功率密度裝置的光路圖。
圖2是現(xiàn)有的提高高能激光聚焦峰值功率密度的裝置示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請參閱圖1，圖I也是本發(fā)明提高高能拍瓦激光峰值功率密度裝置一個實施例的光路圖。由圖可知，本發(fā)明提高高能拍瓦激光大光斑聚焦功率密度的裝置，包括反射鏡組I、 小口徑可變形鏡2、擴(kuò)束系統(tǒng)3、壓縮光器4、離軸拋面鏡6、反射率為5%的楔形鏡7、波前探測器10、高分辨率科學(xué)(XD9、計算機(jī)11和變形鏡高壓電源控制器12。該裝置以放置在大口徑拋物面鏡6焦點(diǎn)后的波前探測器10為測量部件，以放置在壓縮光器4前的變形鏡2為校正部件，通過波前探測器10測量大口徑拋物面鏡6焦點(diǎn)后的實際球面波前相位分布，并與理想球面波前分布進(jìn)行比較得出波前畸變量，通過計算機(jī)11將畸變量轉(zhuǎn)換為變形鏡2各個電極的電壓值，再通過高壓電源控制系統(tǒng)12將所得電壓值加在可變形鏡2的相應(yīng)電極上， 通過電壓控制變形鏡2形面變化來改善經(jīng)變形鏡2反射后光波的波前。波前探測器10和變形鏡2組成自適應(yīng)光學(xué)校正環(huán)路，經(jīng)過多次循環(huán)測量和校正，使得最終焦點(diǎn)后的波前逼近理想球面波前，也就是校正后光波經(jīng)聚焦元件大口徑拋物面鏡6聚焦后波前為理想球面波前。根據(jù)菲涅爾衍射公式，聚焦元件6后的光波波前越接近理想球面波前，激光聚焦的焦斑就越接近理論衍射極限。利用上述提高高能拍瓦激光聚集功率密度的裝置提高高能拍瓦激光聚集功率密度的方法，具體步驟如下
(1)入射在變形鏡2表面的光束為擴(kuò)束前的Φ50_光束，通過所述的反射鏡組I使入射變形鏡2表面的光束和出射光束之間的夾角小于10° ;
(2)為保證光柵壓縮器4的安全，經(jīng)變形鏡2的輸出光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)3擴(kuò)束至Φ150mm 光束，被壓縮器4中的光柵5壓縮后，被大口徑拋物面鏡6會聚，會聚光束經(jīng)楔形鏡7分為透射光束和反射光束，具有大部分能量透射光束被會聚在焦點(diǎn)8，用于和物質(zhì)相互作用的物理實驗，反射光束被波前探測器10探測；
(3).把波前探測器10放置在經(jīng)楔形鏡7反射形成的焦點(diǎn)后適當(dāng)?shù)奈恢?，使得入射到波前探測器10的光斑能夠恰好充滿探測器10的入瞳，計算機(jī)將波前探測器10的參考波前設(shè)置為理想球面波前；(4).使用波前探測器10測量焦點(diǎn)附近的發(fā)散球面波前輸入計算機(jī)11，該計算機(jī)11將所述的發(fā)散球面波前與理想球面波波前進(jìn)行比較得出二者差值即為畸變量，將所得的畸變量轉(zhuǎn)化為變形鏡2各個電極的電壓值，再通過高壓電源控制系統(tǒng)12將電壓值加在相應(yīng)的電極上，改變變形鏡的型面，從而使得變形鏡反射后的激光波前相位發(fā)生相應(yīng)的變化；
(5)重復(fù)步驟(4)，以理想球面波前為目標(biāo)對輸出實際波前進(jìn)行逐步改善，以此循環(huán)逼近理想球面波前，最終實現(xiàn)波前校正的目的；
(6)當(dāng)校正后的波前接近于理想波前后，將高分辨率科學(xué)C⑶相機(jī)放置在焦點(diǎn)(8)附近，前后調(diào)節(jié)CCD的位置直接測量焦點(diǎn)8的焦斑大小和焦斑內(nèi)能量集中度，檢驗波前校正效果O所述的裝置中，變形鏡的口徑略大于擴(kuò)束前光束口徑，小口徑變形鏡校正大口徑輸出光束的波前，小口徑Dl和大口徑D2的比值范圍Dl/D2=l/5 3/4，現(xiàn)在的高能拍瓦激光系統(tǒng)光柵輸出口徑為120mnT240mm，實驗表明可以利用口徑為Φ 50πιπΓΦ IOOmm的小口徑變形鏡作為校正元件；
所述的裝置對焦點(diǎn)附近球面波前進(jìn)行直接測量，因此測量的結(jié)果可以更加真實再現(xiàn)焦點(diǎn)處的波前，與傳統(tǒng)的平面波前測量方法相比，避免縮束系統(tǒng)引入的波前畸變誤差，不僅調(diào)節(jié)簡單，而且校正后更易獲得近衍射極限聚焦光斑。本實施例變形鏡2置于鈦寶石主放大器之后、壓縮器擴(kuò)束系統(tǒng)3之前，可變形鏡上的形面變化不僅校正了可變形鏡之前所有動態(tài)和靜態(tài)畸變，還預(yù)先校正了壓縮光柵和離軸拋物面鏡引入的波前畸變，避免了傳統(tǒng)波前校正中由于無法校正聚焦元件引入的畸變導(dǎo)致校正效果劣化的情況發(fā)生。而且，擴(kuò)束前的光斑為小孔徑光束，光柵壓縮器后為大口徑光束，只需要口徑略大于小口徑光束的可變形鏡就能校正大口徑輸出光斑。這種方法能能夠用小口徑變形鏡校正激光系統(tǒng)中的所有波前畸變。實驗表明，利用所述的裝置能夠得都較為理想的校正效果校正前的波前畸變Ptv (波前分布峰谷值)=1.225 λ，RMS (均方根值)=0. 179 λ，校正后的波前畸變 PtV=O. 434 λ，RMS=O. 048 λ，焦斑大小由校正前的3. 08X3. 78倍的衍射極限值縮小為校正后的I. 63X1. 78倍的衍射極限值，焦斑功率密度提高約4倍，在峰值功率為O. 89Pff/29fs 下，峰值功率密度達(dá)到1021W/cm2。本發(fā)明利用小口徑可變形鏡能夠有效地校正包括壓縮光學(xué)元件和聚焦光學(xué)元件所引起的波前畸變在內(nèi)的所有波前畸變，使聚焦焦斑的大小盡可能接近衍射極限，大大提高了激光聚焦的功率密度。本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)高效，調(diào)節(jié)簡單，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種提高高能拍瓦激光聚集功率密度的裝置，該裝置包括反射鏡組(I)、變形鏡(2)、擴(kuò)束系統(tǒng)(3)、壓縮器(4)、大口徑離軸拋面鏡(6)、反射率為5%的楔形鏡(7)、波前探測器(10 )、高分辨率科學(xué)CXD (9 )、計算機(jī)(11)和變形鏡高壓電源控制器(I 2 )，其特征在于 所述的變形鏡(2)為小口徑變形鏡，從高能拍瓦激光光源輸出的激光光束經(jīng)過所述反射鏡組(I)反射，以小于5°的入射角入射至所述變形鏡(2)上，從變形鏡(2)出來后經(jīng)反射鏡組(I)反射進(jìn)入所述的擴(kuò)束系統(tǒng)(3)，由該擴(kuò)束系統(tǒng)輸出的大口徑光束經(jīng)所述的壓縮器(4) 后，由所述的大口徑離軸拋物面鏡(6)會聚；在大口徑離軸拋物面鏡(6)的焦點(diǎn)前放置所述的楔形鏡(7)，該楔形鏡(7)將入射光束分為透射光束和反射光束，在經(jīng)該楔形鏡的反射光束的焦點(diǎn)后放置所述的波前探測器(10)，以測量發(fā)散球面波前，在經(jīng)該楔形鏡的透射光束的焦點(diǎn)(8)設(shè)置所述的科學(xué)高分辨率 CXD (9)，所述的變形鏡(2)置于壓縮器(4)和擴(kuò)束系統(tǒng)(5)之前的小口徑光路中，所述波前探測器(10)和所述變形鏡(2)組成自適應(yīng)光學(xué)閉環(huán)校正環(huán)路，對焦點(diǎn)后的發(fā)散球面波前進(jìn)行測量和校正，通過改善輸出波前質(zhì)量來提高高能拍瓦激光聚焦功率密度，所述的小口徑 Dl和大口徑D2的比值范圍是Dl/D2=l/5 3/4。
2.利用權(quán)利要求I所述的提高高能拍瓦激光聚集功率密度的裝置提高高能拍瓦激光聚集功率密度的方法，其特征在于該方法包括下列步驟①入射在變形鏡(2)表面的光束為擴(kuò)束前的小口徑光束，通過所述的反射鏡組(I)使入射變形鏡(2)表面的光束和出射光束之間的夾角小于10° ;②為保證光柵壓縮器的安全，經(jīng)變形鏡(2)的輸出光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)(3)擴(kuò)束至大口徑光束，被壓縮器(4)中的光柵(5)壓縮后，被大口徑拋物面鏡(6)會聚，會聚光束經(jīng)楔形鏡(7)分為透射光束和反射光束，具有大部分能量透射光束被會聚在焦點(diǎn)(8)，用于和物質(zhì)相互作用的物理實驗，反射光束被波前探測器(10)探測；③把波前探測器(10)放置在經(jīng)楔形鏡(7)的反射形成的焦點(diǎn)后適當(dāng)?shù)奈恢茫谷肷涞讲ㄇ疤綔y器(10)的光斑恰好充滿波前探測器(10)的入瞳，計算機(jī)程序?qū)⒉ㄇ疤綔y器(10) 的參考波前設(shè)置為理想球面波前；④使用波前探測器(10)測量反射光束的發(fā)散球面波前并輸入所述的計算機(jī)(11)，該計算機(jī)(11)將所述的發(fā)散球面波前與理想球面波波前進(jìn)行比較得出二者差值即為畸變量， 將該畸變量計算出變形鏡(2)各個電極的電壓值，再通過高壓電源控制系統(tǒng)(12)將各個電極的電壓值加在相應(yīng)的電極上，改變變形鏡的面形，從而使變形鏡反射后的激光波前相位發(fā)生相應(yīng)的變化；⑤重復(fù)步驟④，對測量的發(fā)散球面波前逐步改善，直至逼近所述的理想球面波前；⑥當(dāng)校正后測量的發(fā)散球面波前接近理想波前后，將所述的高分辨率科學(xué)CCD相機(jī)(9)放置在焦點(diǎn)(8)，前后調(diào)節(jié)高分辨率科學(xué)CCD的位置直接測量焦點(diǎn)(8)的焦斑大小和焦斑內(nèi)能量集中度，檢驗波前校正效果。
全文摘要
一種提高高能拍瓦激光聚集功率密度的裝置和方法，該裝置包括反射鏡組、變形鏡、擴(kuò)束系統(tǒng)、壓縮器、大口徑離軸拋面鏡、楔形鏡、波前探測器、高分辨率科學(xué)CCD、計算機(jī)和變形鏡高壓電源控制器，所述的波前探測器放置在大口徑離軸拋面鏡焦點(diǎn)后，校正部件小口徑變形鏡放置在壓縮器前的小口徑光路中，通過波前探測器和小口徑可變形鏡組成自適應(yīng)光學(xué)閉合校正環(huán)路，對以焦點(diǎn)后球面波前為基準(zhǔn)進(jìn)行測量和校正。本發(fā)明利用小口徑可變形鏡能夠有效地校正包括壓縮光學(xué)元件和聚焦光學(xué)元件所引起的波前畸變在內(nèi)的所有波前畸變，使聚焦焦斑的大小盡可能接近衍射極限，大大提高了激光聚焦的功率密度。本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)高效，調(diào)節(jié)簡單，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02B27/09GK102608757SQ20121006098
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者任志君, 徐至展, 於亮紅, 李儒新, 梁曉燕 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所