[发明专利]在线焦斑能量分布检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及焦斑能量分布检测，特别是一种在线焦斑能量分布检测方法，该方法可广泛应用于激光实验系统的光焦斑测量，特别是对于高功率激光装置，能量高、口径大、实时反馈焦斑分布，此方法就能满足实时精确测量，并且不影响激光实验光路的调试和实验。

背景技术

激光实验系统中对激光焦斑测量是一项关键技术，常规的CCD加衰减片方式只能应用于低功率、小口径的光束焦斑测量，并且衰减片产生的像差对实际焦斑分布影响很大。由于以上原因，对于高能量激光系统，如聚变点火相关研究的激光装置，路数多、能量高、口径大，常规的测试方法必然不能采用，而必须寻求新的、可用的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种在线焦斑能量分布检测方法，该方法引入一个分光装置将测量仪器损伤阈值以下能量的激光分离出来，利用缩束装置与哈特曼传感器来检测焦斑的能量分布，既可以避免实验光路引入的其他光学元件对实验的影响，又可以利用哈特曼传感器的可编程性来消除采样激光的固有误差来达到在线检测的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种在线焦斑能量分布检测方法，其特点在于该方法通过主光路中取样分光镜透过取样测试激光，利用缩束系统将取样测试激光注入哈特曼传感器中，进行波前分布测试焦斑拟合，具体检测步骤如下：

①以待测高功率激光器发出的主激光为基准，确定主光轴，在待测高功率激光器发出的主激光方向依次设置取样分光镜、分光镜、反射镜，调整取样分光镜的角度，使主激光反射光垂直正入射到离轴抛物面镜的中心，主激光透过所述的取样分光镜的透射光透过所述的分光镜后被所述的反射镜反射；调整所述的反射镜的角度，使该反射镜的反射光束正入射到哈特曼传感器探头的中心；

②离轴抛物面镜的调试：调整轴抛物面镜，确保入射光经离轴抛物面镜反射后，反射光成水平方向；

③模拟光源的调试：将光纤激光器作为点光源放置在所述的离轴抛物面镜的焦点处，光纤激光器输出的光束经离轴抛物面镜反射后入射到所述的抽样分光镜上，设置半导体激光器，调整所述的分光镜的角度，将所述的半导体激光器发射的激光导入到所述的主光轴上；

④扩束系统与缩束系统的调试：将扩束系统置于所述的待测高功率激光器和整取样分光镜之间，将缩束系统置入所述的整取样分光镜和所述的分光镜之间，经调试保证系统的主光轴不变，出射光仍为平行光束；

⑤插入反射镜的调试：将小孔光阑加入在所述的缩束系统和分光镜之间的主光轴，在所述的扩束系统和取样分光镜之间设置插入反射镜，调整小孔光阑使所述的半导体激光器发出的激光束穿过所述的小孔光阑沿所述的主光轴逆向前进，调整所述的插入反射镜的角度，使反射光同样穿过所述的小孔光阑；

⑥模拟光固有误差的测量：关闭所述的光纤激光器，开启所述的半导体激光器，该半导体激光器输出的激光经分光镜、缩束系统和取样分光镜后入射到所述的插入反射镜上，该插入反射镜将光束原光路返回，再经所述的分光镜由所述的反射镜反射，由所述的哈特曼传感器检测得到波前信息，记作W₁；然后，关闭半导体激光器，开启光纤激光器，该光纤激光器发出的激光光束入射到离轴抛物面镜反射经所述的抽样分光镜反射到插入反射镜上，并由插入反射镜反射，经过缩束系统缩束，经所述的分光镜，所述的反射镜反射后，由所述的哈特曼传感器检测波前信息，记作W₂；

经哈特曼传感器直接测量：所述的半导体激光器的初始波前为W_REF1，光纤激光器的初始波前为W_REF2，由半导体激光器输出的激光传播到所述的插入反射镜的波前变化量为W_e，所述的光纤激光器发出的激光由离轴抛物面镜传播到所述的插入反射镜的波前变化量为W_i；

由光的传播原理可得到表达式：W₁=W_REF1+2W_e，W₂=T^-1(W_REF2)+W_e+W_i，其中T为所述的离轴抛物面镜的波前变换因子，通过计算得到波前检测的固有误差ΔW=W_e-W_i=(W₁-W₂)-[W_REF1-T^-1(W_REF2)]，将此固有误差记录并保存到哈特曼传感器中；