[发明专利]基于强度编码调制的相干组束图像测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种基于强度编码调制的相干组束图像测量装置及其测量方法，通过计算机模拟的经过强度编码调制的干涉条纹图样结合深度学习卷积神经网络训练出目标网络，然后将相干组束系统实时采集到的远场干涉条纹图样输入目标网络解析出光束的角度误差和相位误差。本发明提出的这种新的针对相干组束系统的测量解析方法，适用于超强超短激光系统及一般的双光束干涉系统，其优点在于可以对一幅远场干涉图样同时精确地解析出各光束之间的角度误差和相位误差。

技术领域

本发明涉及激光领域以及图像识别领域，特别涉及一种基于强度编码调制的相干组束图像测量装置及其测量方法。

背景技术

随着超强超短激光器的不断发展，众多学科领域迎来了前所未有的极端实验条件，例如准单色性高能带电粒子束的形成与加速，硬X射线与γ射线的产生，相对论自聚焦以及快点火激光核聚变等等。正因为超强超短激光对现代诸多前沿学科的卓越贡献，2018年诺贝尔物理学奖颁发给了发明出啁啾脉冲放大技术(CPA)的Mourou和Strickland。而正是CPA技术的出现，使得超强超短激光器的峰值功率密度不断提升，达到了目前最高的2×10²²W/cm²，也促使很多理论物理结论能够从实验上验证。

当激光器峰值功率密度想要进一步提升达到极端相对论强度10²³W/cm²时，材料的损伤及尺寸成为了主要限制因素，而相干组束技术则是解决该问题的关键技术。对于各种类型的激光器，诸如全固态激光器，光纤激光器，半导体激光器，相干组束技术都有研究和应用，其中共同的一点是要对各子束间的相位误差进行测量进而反馈控制，而应用于超强超短激光系统的相干组束技术还需要对每束子光束的角度偏移误差进行精确地控制。目前的相干组束测量技术中大部分是对光束间相位误差进行测量，再单独测量各光束的角度误差，这些方法不仅无法同时测量这两个量，而且要求使用多套测量元件，增加了测量成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提出了一种基于强度编码调制的相干组束图像测量装置及其测量方法，能够只通过一个CCD同时测量出两束光或多束光之间的角度误差和相位误差。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

通过计算机模拟的经过强度编码调制的远场干涉条纹图样与深度学习卷积神经网络相结合，从而训练出目标网络，然后将相干组束图像测量装置实时采集到的远场干涉条纹输入目标网络中，同时解析出光束间的角度误差和相位误差。

所述的基于强度编码调制的相干组束图像测量装置(以双光束相干组束系统为例)，包括第一分束镜、全反镜、第一路反馈调节模块、第二路反馈调节模块、第二分束镜、掩膜版、监测透镜、监测CCD和计算机；

入射光束经所述的第一分束镜分为第一透射光束和第一反射光束，第一透射光束依次经所述的第一路反馈调节模块和第二分束镜后分为第二透射光束和第二反射光束，第一反射光束依次经所述的全反镜和第二路反馈调节模块后分为第三透射光束和第三反射光束，所述的第二透射光束和第三透射光束依次经所述的掩膜版和监测透镜，由监测CCD接收，该监测CCD位于所述的监测透镜的后焦点处，该监测CCD输出端与计算机相连，所述的反馈调节模块和第二路反馈调节模块分别与计算机相连。

所述的第一分束镜的反射与透射比为50:50，所述的第二分束镜的反射与透射比为97:3。

所述的第一路反馈调节模块和第二路反馈调节模块包括了两维角度调节结构和沿光传播方向的光程平移调节结构。

所述的掩膜版分为两部分，每部分对光束均匀透过，且透过率之比为1:2。所述掩膜版的作用是对两束光做强度调制，使得两束光的角度偏差对监测CCD上的干涉条纹的贡献产生差异，易于将测量得到的角度偏差定位到相应的光束上。

所述的监测透镜是一个长焦透镜。

所述的监测CCD是一个快速相机，其帧频达数kHz。