[发明专利]一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法

说明书

本发明涉及一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法，属于波前畸变测量技术领域。首先，获得参考光斑图像，其次，采集入射光束对应的实际光斑图像，选定子孔径区域，将实际光斑图像与参考光斑图像进行比较，得到各子孔径区域内对应的的相对偏移量，获得入射光束的局部波前斜率，最后，采用波前重构算法完成入射光束中未知的波前畸变测量，本发明在进行波前重构时，可将入射光束自身的波前畸变与光束整形元件的调制之间的耦合影响进行分离，适用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量，同时，不增加传统夏克‑哈特曼波前测量系统硬件复杂度，对于含光束整形元件的短脉冲激光器的光束质量诊断具有重要意义。

技术领域

本发明属波前畸变测量技术领域，具体地说涉及一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法。

背景技术

在用于惯性约束聚变或高能量密度物理实验研究的激光装置中，通常需要对靶面焦斑进行整形，以抑制激光等离子体相互作用、降低压缩过程中的流体力学不稳定性。在光路中置入光束整形元件，是实现焦斑整形的常用技术手段之一。例如，美国的NIF激光装置、OMEGA激光装置中均采用了连续相位板(CPP)，对光束进行整形。

然而，当CPP等光束整形元件在线时，入射光束自身携带的波前畸变(通常以低频成分为主)将与整形元件对应的光场调制耦合在一起，使得传统的夏克-哈特曼波前检测方法难以测量入射光束自身包含的波前畸变，进而无法实现光束整形元件在线情形下的光束质量有效检测与控制，导致焦斑整形效果存在一定的不确定性。此外，NIF、OMEGA等巨型高能量高功率装置，往往工作在短脉宽低重频输出模式下，不同发次对应的光束波前可能存在明显差异，同时，为客观测量这类激光装置的光束瞬态波前畸变，还要求测量方法可工作在单帧曝光模式下。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种在不增加传统夏克-哈特曼波前测量系统硬件复杂度的前提下，通过对波前重建算法进行改进，采用单帧曝光方式实现的用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于光束整形元件在线情形的瞬态波前畸变测量方法，包括以下步骤：

S1：获得参考光斑图像；

S2：采集入射光束对应的实际光斑图像，选定子孔径区域，将实际光斑图像与参考光斑图像进行比较，得到各子孔径区域内对应的的相对偏移量，获得入射光束的局部波前斜率；

S3：采用波前重构算法完成入射光束中未知的波前畸变测量。

进一步，所述参考光斑图像和实际光斑图像通过夏克-哈特曼波前传感器获得，所述光束整形元件为静态的相位板、透过率调制器件、可动态调控的相位调制元件、可动态调控的振幅调制元件、反射式元件或同时具备相位及振幅调制特性元件。

进一步，所述步骤S1中，所述参考光斑图像的获得方法包括以下步骤：

S11：设定入射光束为理想波前畸变，结合现有装调工艺水平限定光束整形元件沿x、y、z轴平移及转动方向存在的装调位姿误差区间，在所述装调位姿误差区间进行离散采样，得到各种位姿误差状态下对应的计算光斑图像库；

S12：光束整形元件在线情形下，按照夏克-哈特曼波前传感器中的子孔径分布，将采集得到的光斑图像、计算光斑图像库分别划分为若干个子孔径，计算各子孔径内采集得到的光斑图像与计算光斑图像之间的累计相关系数，取累计相关系数最大值对应的计算光斑图像作为参考光斑图像。