[发明专利]一种新型光束平漂和角漂实时检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型光束角漂和平漂实时检测方法及装置，适用于实时检测激光光束的漂移量，尤其适用于高重复频率激光的光束漂移检测，可广泛应用于精密或者超精密设备测量、超快激光物理实验和激光核聚变中。

背景技术

随着激光技术的发展，高精度准直光束在光学检测、激光测距、空间光通信等领域中发挥着越来越重要的应用。在中小型高重复频率激光装置中，光束的空间指向稳定性对超快激光物理实验研究非常重要，要求光束的空间指向在较长时间内保持稳定，以提高实验的精度。但是激光器出射光束在传输过程中常会产生漂移，主要表现为激光束的平漂移、角漂移和随机漂移，从而严重限制了激光准直精度的进一步提高。造成激光光束漂移的原因主要有：1)激光器谐振腔的温度变形；2)光束传播路径的空气折射率不均匀及其随机变化(大气湍流等造成)；3)实验设备震动引起实验平台的震动等。为了提高光束的准直精度，一般采用漂移量反馈控制系统来减小系统的漂移量。

另外，大型高功率激光核聚变装置，如美国的国家点火装置NIF，日本GEKKO-12，中国“神光-III”装置等，为了保证从振荡器发出激光束能稳定、准确地穿过预放大器、主放大器、倍频器、靶室，并精确地照射到微型靶丸上，系统也配置了光束自动准直系统。

光束自动准直装置需要实时准确检测系统存在的角漂和平漂量，传统的光束准直检测装置，采用双成像CCD或者光电探测器分别应用于光束近场和远场位置测量。使得其准直装置结构复杂，占据空间大、反馈过程迟钝，不适合测量高重复频率激光的光束漂移。

1998年，英国学者Paul M.Blanchard等人提出了基于散焦光栅的多平面成像技术，并实验实现了在同一像平面对多个物平面同时成像。散焦光栅实质上是离轴的菲涅耳波带片，一方面起着普通光栅的棱镜作用，将入射波前在不同的衍射级上分束；另一方面起着菲涅耳波带片的透镜作用，在不同的衍射级上面引入不同的透镜作用。散焦光栅和透镜(透镜或透镜组、镜头、菲涅耳透镜)密接使用，透镜提供主要的聚焦作用，使得正负衍射级的焦距分别短于和长于透镜焦距，可用于实现多平面成像。基于散焦光栅的多平面成像技术已被成功地用于了波前测量和激光M²因子测量。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题和实现的复杂程度，本发明融合角漂检测和平漂检测于一体，提供了一种简单而有效的实时检测入射光束的角漂和平漂的方法及装置。本发明利用散焦光栅、短焦透镜和图像传感器结合使用，通过图像传感器测的光斑位置变化情况，分离出入射光束的角漂和平漂信息。可以方便直观的反映出各种漂移量变化的大小，为反馈控制系统提供调节依据。该发明检测精度高，操作方便，成本低廉。

本发明的技术解决方案是：

一种新型光束平漂和角漂实时检测方法，该方法包括下列步骤：

①、新型光束角漂和平漂实时检测方法，采用散焦光栅、透镜、图像传感器和计算机等设备，来实时检测系统存在的角漂和平漂信息。

②、采用相同工作波长的标准平行光标定检测系统，图像传感器位于透镜的焦平面，成像的正负一级光斑大小相同，零级光斑最小。

③、将检测系统置于光路中，调节系统使得入射光束在图像传感器上面成像处各级衍射光斑。

④、基于图像处理的方法，通过阈值法和滤波等处理，采用质心法计算图像传感器上正负一级光斑的质心位置。