[发明专利]多波长复合光场在线测量装置和测量方法

说明书

一种多波长复合光场在线测量装置和测量方法，该装置包括三台阶随机相位板和CCD探测器并通过连接套筒固定在一起，所述的三台阶随机相位板面和CCD探测器靶面平行，所述的CCD探测器的输出端与计算机的输入端相连，所述的计算机具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。本发明通过记录一幅衍射光斑，就能快速实时地得到基频、倍频、三倍频三种不同波长光场的振幅和相位，为高功率激光驱动器的运行提供可靠的相应参数，解决目前无法同时测量复合光场的技术难题。特别适用于高功率激光驱动中脉冲光束的波前测量。本发明具有结构简单、体积小、对环境要求较低、收敛速度快和测量精度高的特点。

技术领域

本发明涉及高功率激光驱动器，特别是一种多波长复合光场在线测量装置和测量方法。

背景技术

高功率激光驱动装置系统中，光束质量的好坏直接决定着物理实验的成败，因此对光束质量进行监控测量十分必要。然而由于高功率激光器庞大复杂的系统及成千上万的光学元件，对光束的波前进行测量面临着许多难以操作的困难。相对其它装置，大型高功率激光驱动器的两个较为突出的特点为：一是测量空间有限，体积较大的测量仪器难以使用；二是被测光束为脉冲光束，一般方法难以测量。受限于上述两点，很多用于波前检测的仪器及方法在高功率激光驱动中使用受限，如常见的干涉仪、剪切干涉仪、哈特曼传感器等。

相干衍射成像(Coherent Diffractive Imaging，简称为CDI)是利用衍射理论和卷积定理，在满足Nyquist抽样定理的条件下，记录一幅或多幅衍射面上的光强信息，然后通过计算机反复迭代来满足不同的限制条件，使计算的波函数逐次逼近真实的分布，最终得到满足精度要求的相位分布的方法。由于其具有结构简单、理论上精度能够达到衍射极限等特点，在X射线、电子束、荧光及可见激光成像等领域得到越来越多的关注和应用，而2010年基于相位调制法的相位恢复算法(Coherent Modulation Imaging，简称为CMI)被提出，该方法只需要一幅衍射光斑依然可以保证较快的收敛速度，结构简单，对环境稳定性要求较低，特别适用于高功率激光驱动器中脉冲光束的波前测量和诊断。

将相干衍射成像理论应用于高功率激光驱动器中进行波前及元件面型的测量已经有相关的专利技术及实际应用，由于相干衍射成像理论需要满足待测光为相干光这一条件，因此之前的应用只是针对单一波长的光场，然而在高功率激光驱动器中最终进入靶室的光场是由基频光、倍频光和三倍频光构成的复合光场，我们需要对这三种光场同时进行测量。为此，我们提出多波长复合光场波前在线测量的装置及方法。

发明内容

本发明提供一种多波长复合光场在线测量装置和测量方法，通过记录一幅衍射光斑，就能快速实时地得到基频、倍频、三倍频三种不同波长光场的振幅和相位，为高功率激光驱动器的运行提供可靠的相应参数，解决目前无法同时测量复合光场的技术难题。特别适用于高功率激光驱动中脉冲光束的波前测量。本发明具有结构简单、体积小、对环境要求较低、收敛速度快和测量精度高的特点。

本发明的技术解决方案

一种多波长复合光场在线测量装置，其特点在于该装置包括三台阶随机相位板和CCD探测器并通过连接套筒固定在一起，所述的三台阶随机相位板面和CCD探测器靶面平行，所述的三台阶随机相位板面和CCD探测器靶面之间的距离为L，所述的三台阶随机相位板的相位分布为P_m，所述的CCD探测器的输出端与计算机的输入端相连，所述的计算机具有相应数据记录采集与处理软件，用来记录光斑与数据处理。

所述的三台阶随机相位板对不同的光场均有较强的散射能力及较高的透过率，通过在石英玻璃上面进行深度差异化刻蚀，对每一种波长的光相位延迟量有三个分量，并且随机分布,若对基频光的三种相位延迟量为[a b c]，则相应对倍频、三倍频光的相位延迟量分别为[2a 2b 2c]、[3a 3b 3c]。

利用上述在线测量装置对基频、倍频和三倍频多波长复合光场的测量方法，包括下列步骤：