[发明专利]基于透射式机械调制的光束光轴自稳装置及自稳方法

说明书

本发明公开了一种基于透射式机械调制的光束光轴自稳装置及自稳方法，包括1/4波片、透射元件和驱动源，所述驱动源驱动所述透射元件以光轴为轴线均速自转；入射光经1/4波片调制后射入透射元件，所述驱动源带动所述透射元件自转以带动光束旋转，获得光束指向性一致的出射光。其获得的光束的焦斑质心稳定、光束指向性一致，同时该光束具有更高的可聚焦功率和能量集中度。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种基于透射式机械调制的光束光轴自稳装置及自稳方法。

背景技术

强激光在大气中传输时，会受到大气的各种影响，大气传输效应可分为线性效应和非线性效应。前者包括大气折射、大气吸收与散射和大气湍流等，大气吸收和散射引起激光功率衰减，大气湍流造成激光学束质量下降；后者主要有受激拉曼散射、热晕和击穿等影响。

激光束在大气长距离传输过程中，其强度均匀性和指向性受到影响的主要原因是传输介质的空间折射率不均匀性。起初短距离空间上的折射率不均匀会导致光束的强度分布和指向性发生一定轻微变化，但随着传输距离的不断增大，该变化不断被累积，最终大幅度地改变光束的强度均匀性和指向性。

如何使强激光束克服大气影响以高光束质量远程传输，同时在靶面具有良好的焦斑质心稳定性和高可聚焦功率，目前通用的方法是采用自适应光学技术，根据信标光探测的波前畸变，利用变形镜上施加补偿控制。自适应光学技术有效地克服了大气湍流对强激光束的畸变扰动，并在一定程度上缓解了热晕的影响，在各种高能激光系统中得到了一定程度的验证。但是，自适应光学系统的反应时间约数毫秒甚至十毫秒量级，且自适应光学系统结构复杂、制造维护成本昂贵，应用复杂，难以满足装备的要求。另一方面，各种高能激光系统中的复杂效应引起的小尺度、快速响应的相位畸变会极大地影响强激光束的初始光束质量，例如浸液式激光系统中冷却液湍流引起的mm级空间调制和相位畸变等等，自适应光学技术也难以解决此类问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于透射式机械调制的光束光轴自稳装置及自稳方法，其获得的光束的焦斑质心稳定、光束指向性一致，同时该光束具有更高的可聚焦功率和能量集中度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于透射式机械调制的光束光轴自稳装置，包括1/4波片、透射元件和驱动源，所述驱动源驱动所述透射元件以光轴为轴线均速自转；入射光经1/4波片调制后射入透射元件，所述驱动源带动所述透射元件自转以带动光束旋转，获得光束指向性一致的出射光。

作为优选的，所述透射元件为道威棱镜，所述道威棱镜的底角为45°。

作为优选的，所述透射元件包括两个成对设置的光楔，两个所述光楔的形状和大小相同，两个所述光楔中心对称设置且相对固定，经1/4波片调制后的光束垂直于光楔入射。

作为优选的，所述透射元件包括两个成对设置的透射式体布拉格光栅，两个所述体布拉格光栅的周期和尺寸相等，两个所述体布拉格光栅中心对称放置且相对固定，经1/4波片调制后的光束垂直于体布拉格光栅入射。

作为优选的，所述透射元件包括两个成对设置的闪耀光栅，两个所述闪耀光栅的周期、槽形角和尺寸相等，两个所述闪耀光栅中心对称设置且相对固定，经1/4波片调制后的光束垂直于闪耀光栅入射。

作为优选的，所述透射元件为圆柱镜，所述圆柱镜的两个端面相对于所述圆柱镜对称设置，所述圆柱镜的端面与所述圆柱镜的侧面的夹角为30°-60°，经1/4波片调制后的光束从所述圆柱镜的一端面入射，并从所述圆柱镜的另一端面出射。

作为优选的，所述驱动源为空心轴电机。

作为优选的，还包括对光束进行扩束准直的第一扩束准直系统，入射光经所述第一扩束准直系统后进入1/4波片。

作为优选的，还包括对光束进行扩束准直的第二扩束准直系统，从所述透射元件射出的光线经所述第二扩束准直系统射出。