[发明专利]提高激光光束聚焦能力的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光光束控制技术领域，具体涉及一种提高激光光束聚焦能力的方法及装置。

背景技术

激光自1960年问世至今，得到了空前的发展，由于其亮度高、单色性好、准直和聚焦性能好，已在科学研究、军事国防、工业加工、天文观测和信息传播等领域得到了广泛的应用。

在实际应用当中，由于激光的聚焦性能好，可以很容易得到微米级甚至纳米级的聚焦光斑，因此聚焦后的激光光束被广泛的应用于激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打标以及激光医疗等操作中；此外，超高功率的激光光束经过聚焦后还被用在惯性约束核聚变中。

从波动光学的角度，任何光束都可以描述为光场，以复振幅的形式给出，主要包含光强项和相位项：

不同形式的光场对应的激光光束聚焦能力就会有所不同，因此激光的聚焦性能同时受到激光光强分布和波前畸变的影响。

现有的闭环控制技术，均是在默认补偿激光光束的目标光强分布为均匀分布的前提下提出的，如果激光的光强分布中存在调制因素，单一的评价函数设定就会很容易使闭环过程进入求局部最优解而无法实现全局最优，因此无法完美提高激光光束的聚焦能力。

由于通常使用变形镜过程中，只针对光场中的相位信息进行补偿，这也就意味着不同形式分布的光强分布信息对应的激光光束聚焦能力会有所不同；因此在使用变形镜进行补偿后的激光光束的聚焦性能仍然会受到激光光强分布的影响。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种提高激光光束聚焦能力的方法及装置，用于优化激光光束的聚焦能力。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种提高激光光束聚焦能力的方法，包括步骤：

S1.提取激光光束的近场光强分布信息；

S2.根据所述近场光强分布信息计算目标远场光强分布信息；

S3.根据所述目标远场光强分布信息设定判断远场光强分布是否完成优化的评价函数；

S4.提取远场光强分布信息；

S5.结合所述评价函数以及远场光强分布信息，闭环控制远场光强分布，提高激光光束聚焦能力。

优选的，所述步骤S2中通过振幅优化算法计算目标远场光强分布信息。

优选的，所述振幅优化算法为迭代傅里叶算法。

优选的，所述振幅优化算法为梯度下降算法、随机并行梯度下降算法、模拟退火算法或者遗传算法。

优选的，所述步骤S5包括：

结合所述评价函数以及远场光强分布信息，通过相位控制算法闭环控制波前控制器调节远场光强分布，提高激光光束聚焦能力。

优选的，所述相位控制算法为梯度下降算法、随机并行梯度下降算法、模拟退火算法或者遗传算法。

本发明还提供了一种实现上述方法的提高激光光束聚焦能力的装置：

一种提高激光光束聚焦能力的装置，包括在激光光束光路上依次设置的波前控制器、第一分束镜、聚焦镜、第二分束镜以及目标靶材；所述第一分束镜从激光光束分出第一取样光束，所述第一取样光束的光路上设置有第一光强探测装置；所述第二分束镜从激光光束分出第二取样光束，所述第二取样光束的光路上设置有第二光强探测装置；所述第一光强探测装置以及第二光强探测装置分别与控制机构连接，所述控制机构与所述波前控制器连接；

所述第一光强探测装置以及第二光强探测装置分别采集激光光束的近场光强分布信息与远场光强分布信息并反馈至所述控制机构，控制机构闭环控制所述波前控制器调节远场光强分布。

优选的，所述第一光强探测装置以及第二光强探测装置为CCD探测器。

优选的，所述波前控制器为变形镜或液晶调制器。

优选的，所述控制机构为单片机、可编程控制器、DSP微处理器或者计算机。

（三）有益效果

本发明的一种提高激光光束聚焦能力的方法，通过利用两个光强探测装置分别采集激光光束的近场光强分布信息与远场光强分布信息，结合近场光强分布信息得到评价函数，并结合评价函数闭环控制远场光强分布，提高激光光束聚焦能力。由于本发明采用了更加贴近实际聚焦极限的评价函数，因此本发明对于激光光束聚焦能力的优化过程更加容易控制，且不易落入求解局部最优解，从而能够获得更好的聚焦特性。

附图说明

图1是本发明的一种高激光光束聚焦能力的装置结构示意图。