[发明专利]准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形系统及整形方法

说明书

本发明是准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形系统及整形方法。本发明建立系统包括SLM(1)，后级基频光放大装置(2)、倍频系统(3)、聚焦透镜(4)、取样镜(5)、CCD(6)和目标靶(7)。对SLM(1)加载具有特征定位孔的定位光阑、边缘软化的初始方光阑、基频光的整形光阑和聚焦光束的整形光阑，最终获得通过新光阑后的输出光场分布满足设定指标。基于SLM(1)的激光整形系统具备主动的光束整形能力，其与测量系统和计算系统一起形成的闭环负反馈式的系统结构具有便捷、易操作、高对比度和高分辨率等特点。

技术领域

本发明涉及光束整形技术领域，是一种准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形系统及整形方法。

背景技术

激光与物质相互作用，诸如激光熔覆、激光冲击强化等工业加工领域以及激光辐照下的材料损伤和高能量场物理研究领域，很多情况下都是既需要有足够的激光功率密度，又希望辐照光斑具有一定的面积，所以光束多以透镜汇聚后的锥光形态辐照于物质表面。这个处于锥光中尚未到达焦面的辐照面，其光斑轮廓是否规则，光强分布是否均匀，标志着实际激光辐照场的质量，是激光与物质作用重要的条件参数。然而，当激光束经透镜汇聚后，光场在聚焦后会按照空间角谱重新排布，在未到达焦面之前光场即已携带部分远场特性，光场中的调制会随着传播距离的增大迅速增强，使得光场劣化，表现为光斑的中低频强区的分裂和高频调制的增加。这种情况无论在工业应用和科学研究中都是不希望出现的，激光辐照面任何不受控的强区分布或强度奇点的出现，都会改变激光对材料辐照的实际效果或作用机理。因此，采取有效的技术方法，抑制锥光辐照面强区分裂和奇点问题，改善强度分布，具有重要的实际意义。

现有的激光束整形技术，集中为未经聚焦的光束近场整形技术和聚焦焦平面的焦斑远场整形技术两类，本发面所述的准近场光束整形尚未见报道。以常见的“振荡级+放大级”构型的主振荡功率放大(MOPA)激光系统为例，在现有的激光近场的光束质量控制方面，主要利用非均匀膜光学元件、二元光学元件和可编程的液晶空间光调制器(SLMs)控制，以降低通量调制度，减小光斑口径内小尺度的自聚焦效应；在远场控制方面，即在焦斑控制方面，利用变形镜(DMs)和空间滤波器(SFs)来减小波前畸变，以在焦区得到更接近衍射极限的远场参数，获得更好激光束的远场分布。然而，位于聚焦路径上的光束截面光场，其特性介于近场与远场之间，强调制作用破坏了像面间的对应关系，传统的光束空间整形方法无法有效地改善其近场分布。前级光束中由衍射、波前畸变和局部调制带来的各段空间频率成分，会在后级聚焦光束截面上构成复杂的光场分布，并伴随着局部尖峰的出现，加剧光场的对比度和调制度。

发明内容

本发明为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形系统及整形方法，本发明提供了以下技术方案：

一种准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形系统，所述系统包括SLM1，后级基频光放大装置2、倍频系统3、聚焦透镜4、取样镜5、CCD6和目标靶7；

基频光通过SLM1出射端进入后级基频光放大装置2入射端，经由所述后级基频光放大装置2的出射端进入倍频系统3的入射端，通过所述倍频系统的出射端进入聚焦透镜4的入射端，聚焦透镜4的出射端将基频光汇聚在目标靶7的材料表面，所述聚焦透镜4与目标靶7中间设置有取样镜5，所述SLM1、后级基频光放大装置2、倍频系统3、聚焦透镜4、取样镜5和目标靶7构成主光路，所述CCD6位于主光路一侧，CCD6与取样镜5构成取样光路，通过取样镜5对主光路激光进行分束采样，CCD6对目标靶7处的聚焦光场图像进行采集。

一种准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形方法，所述方法基于准近场聚焦光束的级联式模糊匹配整形系统实现的，包括如下步骤：

步骤一：对SLM1加载具有特征定位孔的定位光阑，通过分析定位孔的位置，确定CCD6测量光斑与SLM1的空间转换关系；

步骤二：对SLM1加载边缘软化的标准方形灰度光阑，获得初始辐射光场分布输出光场和对应的输出基频光场，根据输出光场与基频光场得到补偿光阑；