[发明专利]一种腔内自适应光学光束净化系统及方法

权利要求书

1.一种腔内自适应光学光束净化系统，其特征在于包括：平行光源（1）、变形镜（2）、哈特曼传感器（3）、数据采集与控制计算机（4）、高压放大器（5）、分光镜（6）、聚焦透镜（7）、光束质量诊断相机（8）和激光器（9），所述变形镜（2）作为激光器（9）谐振腔的后镜；平行光源（1）发出的准直平行光束，以一定角度入射变形镜（2），且平行光源（1）发出的平行光束覆盖激光器(9)受激辐射光在变形镜（2）镜面上的光斑；经变形镜（2）反射后的平行光束被哈特曼传感器（3）接收；激光器（9）发出的光束经分光镜（6）分束，一束为作为激光输出；另一束经过聚焦透镜（7）聚焦进入光束质量诊断相机（8），数据采集与控制计算机（4）接收哈特曼传感器（3）和光束质量诊断相机（8）的信号并与高压放大器（5）相连；进行光束净化时，数据采集与控制计算机（4）利用哈特曼传感器（3）在变形镜（2）上预置先验面形，然后根据光束质量诊断相机（8）测量的光束质量，利用随机优化控制方法得到控制输出电压，从而起到优化激光器（9）输出光束质量的目的。

2.根据权利要求1所述的一种腔内自适应光学光束净化系统，其特征在于：所述随机优化控制算法采用随机并行梯度下降算法、遗传算法、爬山法、蚁群算法或模拟退火算法。

3.一种腔内自适应光学光束净化方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步，标定哈特曼传感器（3），激光器（9）开机前，数据采集与控制计算机（4）采集多帧哈特曼传感器（3）输出的光斑图像数据，对光斑数据求平均后作为初始定标数据，根据公式计算子孔径的光斑初始质心位置坐标[X_c0，Y_c0]，并构造各个子孔径对应的光斑偏移量组成的光斑初始斜率矩阵G₀；其中I_i是哈特曼传感器（3）中某个子孔径内第i个像素接收到的信号强度，X_u和Y_i分别是第i个像素的坐标；

第二步，实验测量变形镜（2）电压-斜率响应矩阵R_xy，依次对变形镜（2）的J个驱动器施加单位电压和同时利用哈特曼传感器（3）记录光斑偏移量矩阵，构造变形镜（2）的电压-斜率响应矩阵R_xy，并求解R_xy的广义逆矩阵

第三步，预置变形镜先验面形，变形镜（2）先验面形对应的光斑偏移量矩阵为G，首次进行光束净化时，G＝G₀，对变形镜（2）施加的电压向量为V=Rxy+(G-G0);]]>

第四步，采用随机优化控制方法优化远场光束质量，数据采集与控制计算机（4）接收光束质量诊断相机（8）采集到的光强分布数据，计算光束质量，根据随机优化控制方法实时更新变形镜（2）各个驱动器的控制电压，跟踪补偿变形镜（2）腔内动态畸变，使激光器（9）获得衍射极限光束输出；

第五步，更新光斑偏移量矩阵G，在第四步对激光器（9）远场光束质量进行优化的同时，数据采集与控制计算机（4）实时记录哈特曼传感器（3）测量的光束波前斜率，记录远场光束质量最优时光斑偏移量矩阵G′，本次腔内光束净化结束前，令G＝G′完成光斑偏移量矩阵的更新，再次腔内光束净化时从“第三步”开始执行。