[发明专利]一种基于像差测量的差异化阵列光束波前校正器制备方法

说明书

本发明公开了一种基于像差测量的差异化阵列光束波前校正器制备方法，包括以下步骤：测量包含多个子光束的阵列光束中各个子光束的畸变波前偏差，利用三维建模软件对一体化波前校正器进行三维建模，将模型导入到仿真软件进行仿真优化，判断校正器各子光束变形镜的变形量和共振频率是否满足设计要求，如果满足，记录镜体结构参数；否则，重新三维建模继续仿真优化，直至满足设计要求；根据镜体结构参数制备差异化波前校正器。本发明具有低成本、系统结构紧凑、设计量身定制、校正效率高等优点。

技术领域

本发明涉及非相干阵列激光合成、自适应光学领域，尤其涉及一种基于单光束像差测量的差异化阵列光束波前校正器制备方法。

背景技术

传统高能激光系统一般采用单台高功率激光器作为激光光源,其热管理复杂,光束质量较差,机动性欠佳。当前，将多台功率较低的激光器发出的光束进行阵列合成，是实现高功率激光输出的有效途径之一。

阵列光束合成是指将多个单路光束按照一定的空间位置排布，形成阵列光束后进行合成输出。阵列光束合成分为相干合成和非相干合成两种方式。

根据物理光学基本原理,要实现稳定的干涉,各路光束频率和偏振态需相同,且各路激光的相位差需恒定。实际上，相干合成光强与单路激光的空间位置、激光功率、偏振态、线宽、光程差、倾斜波前、高阶波前畸变和相位噪声等因素都有关。因此，相干合成系统需要对各个参量(偏振态、相位、光程差、光轴、倾斜)进行优化控制,在性能评价函数极值寻优过程中实现最优的相干合成效果。而非相干合成在数学上可以简单的理解为各子光束光强的直接叠加。非相干合成光强仅与单路激光的空间位置、激光功率、倾斜波前和高阶波前畸变有关，非相干合成系统不需要控制各路光束的光程差、偏振等，实现起来系统结构相对简单。

相对于单光束，阵列光束非相干合成的各子光束之间互不相干，可有效抑制大气湍流引起的接收端光强起伏以及目标成像的闪烁，更易获得良好的照明效果，因此阵列光束非相干合成广泛用于激光主动照明成像系统中。对此，日本、美国海军实验室，以及国内的中科院长春光机所等国内外机构进行了大量的实验研究。

对于非相干阵列光束，经湍流大气和自由空间传输也会因光强闪烁、起伏、扩展等诸多因素产生光束质量退化、能量密度下降，采用自适应光学技术实现非相干阵列光束的波前调控，对各路光束波前畸变进行补偿，进一步提升非相干阵列光束接收端的光束质量和能量密度，具有重要应用价值。

自适应光学(AO)是一门集科学性和工程性为一体的综合学科，它研究实时自动改善光波波前质量的理论、系统、技术和工程。从技术实现上来讲它是把光学波前作为控制对象，使用波前传感器，并由一套控制算法和硬件作为控制器，波前校正器作为执行器的一类自动控制系统。

自适应光学系统包含三个基本组成部分：波前传感器5、波前控制器6、波前校正器7、分光镜8和高分辨率相机10等，如图1所示。其中，变形镜是波前校正器7的重要部件，如图2所示。变形镜对入射畸变波前进行主动调控，使出射波前满足系统要求。

在非相干阵列光束自适应波前调控方面，现有方法是通过使用多个波前校正器对非相干阵列光束各路子光束单独进行倾斜或高阶像差调控，即采用N套自适应光学系统，对N路非相干阵列光束各子光束进行独立调控。这种技术方案使得光学系统非常庞大，对于N个波前传感器、N个波前校正器，由于要满足与非相干阵列光束各子光束之间严格的空间对准关系，对系统装配提出了更加严苛的要求。在公开的技术中，利用传统自适应光学系统开展阵列光束波前调控尚未报道过。基于传统AO思想对阵列光束进行波前校正，一种思想是将多个波前校正器按照一定排布方式组合使用，另一种思想是寻找与阵列光束相匹配单个波前校正器。多个波前校正器组合排布使得光学系统结构更加庞大，对于各个器件的装配以及各器件的位置关系要求更加严苛，同时也增大了器件支撑难度，使控制使用更加困难，所要求的技术水平更高，容易因为一个波前校正器件的损坏，而导致多个波前校正器件的瘫痪，进而导致整个系统的崩溃。