[发明专利]拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法

摘要

一种拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法，该方法包括搭建光学系统和CCD数据采集处理系统，所述的光学系统由平面全反镜、分光镜和聚焦透镜组成，所述的数据处理系统包括CCD探测器和计算机。本发明解决了拍瓦级激光系统在物理实验过程中靶面焦点的精确定位问题，不仅能精确定位，而且操作相对简单。

主权项

1.一种拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：①搭建光学系统和CCD数据采集处理系统：所述的光学系统由平面全反镜(1)、分光镜(2)和聚焦透镜(3)组成，所述的分光镜(2)放置在所述的拍瓦级高功率激光系统靶室的入射光路中，该分光镜(2)的反射率R为0.1，并且具有移进移出功能，移进移出由平移导轨和步进马达实现，所述的平面全反镜(1)和聚焦透镜(3)处于激光光路之外，所述的平面全反镜(1)反射入射的激光实现光束折返，所述的聚焦透镜(3)完成取样光束的聚焦；所述的数据处理系统包括CCD探测器(4)和计算机(10)，所述的CCD探测器(4)位于所述的聚焦透镜(3)的焦平面，所述的CCD探测器(4)的输出端与所述的计算机(10)的输入端相连，所述的数据处理系统实现数据的采集和处理功能；②将所述的分光镜(2)通过导轨移入所述的入射光路之中，分光镜(2)与入射激光的传输方向成45°，该分光镜(2)将入射光分成反射光和透射光，所述的反射光经所述的聚焦透镜(3)聚焦在所述的CCD探测器(4)；所述的透射光进入真空靶室(7)，经过离轴抛物面反射镜(5)聚焦到物理实验所用的平面靶(6)，所述的平面靶(6)和所述的离轴抛物面反射镜(5)的空间平移和转动调节由调整架上的伺服电机完成，伺服电机的控制系统放置在真空靶室之外，系统调试时，调节所述的平面靶(6)的位置，使经所述的平面靶(6)的反射光接近原路返回，经过所述的离轴抛物面反射镜(5)、分光镜(2)后，被反射到所述的平面全反镜(1)，经该平面全反镜(1)反射的光再次透过所述的分光镜(2)经所述的聚焦透镜(3)聚焦在所述的CCD探测器(4)上，所述的平面全反镜(1)相对于正入射有一个0.5度左右的倾角，使透射光经该平面全反镜(1)反射和所述的分光镜(2)透射和所述的聚焦透镜(3)聚焦后，在CCD探测器(4)上的焦点与反射光的焦点处于不同位置；③调试过程中，所述的平面靶(6)的位置监视，由平面靶(6)的控制系统提供，并可以提供精确的位置数据；针对所述的平面靶(6)的不同位置，所述的CCD探测器(4)采集到入射光的直接反射光和靶场返回光的两组焦斑的光强数据，分别用X和Y表示，假定两焦斑对应位置的数据采集点具有共同的下标i，用Xi和Yi分别表示采集到的特定的对应位置的两焦斑的光强数据；④数据处理：采集到的反射光焦斑和透射光焦斑数据传输到计算机之后，由计算机进行处理并计算反射光光斑与透射光光斑的位置的均方差：首先，由于入射光的直接反射光和靶场返回光经过的光学元件不同，因此靶场返回光的焦斑数据需要乘以归一化因子[1/(1‑R)2]，所以两焦斑的绝对偏差必须以下式计算：其中，σ定位为焦斑偏差，X为所述的入射光直接反射的焦斑的取样数据，Y为所述半场返回光的焦斑的取样数据，下标j对应的是所述的平面靶的位置编号，不同的j对应靶面的不同位置；⑤针对平面靶不同的位置j，重复步骤③、④，并找到σj的最小值，利用平面靶的伺服机构将平面靶(6)移到σj的最小值对应的位置，此时的平面靶(6)严格处于离轴抛物面反射镜(5)的焦点之上，将所述的分光镜移出所述的拍瓦级高功率激光系统靶室的入射光路，完成靶面焦点精确定位。