[发明专利]基于高分辨科学CCD相机的离轴抛物面镜调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及超强超快激光科学，特别是一种会聚光学元件的精密调节方法。是在科学CCD相机测量焦斑的基础上，精密调节会聚光学元件——离轴抛物面镜的方方法。

背景技术

超短超强激光科学以超短超强激光技术的发展、超短超强激光与物质的相互作用，以及在交叉学科和相关高技术领域中的应用为研究对象的一门学科，是当前基础科学研究重要的前沿领域。

在这一研究领域，超短超强激光系统的制造是实现极端物理条件，并进而揭示物质本质的基础。超短超强激光系统以能获得超高功率密度焦点而著称，因而对于超短超强激光系统，人们最为关注的物理指标是焦斑质量。因为不管利用任何类型的超短超强激光系统，真正参于与物质相互作用的是激光系统的会聚焦点。结果，对于强场激光科学研究，用于会聚光束的离轴抛物面镜的调节就至关重要，离轴抛物面镜的调节质量直接决定了最终用于光与物质相互作用的焦斑质量。

相对于折射光学系统，由于反射光学系统无色差的特点，反射镜经常被用于超强超短激光系统脉冲光束的会聚。理论上，由于抛物面反射聚焦方式具有消除球差的作用，因此在超强超快激光系统中，最为典型的会聚光学元件是离轴抛物面镜。对于透射式光学元件，我们可分别借助透射光和反射光两个标准来精密调节，因此调节精度较高。但对于反射式光学元件，由于只有反射光而没有透射光，因此很难用传统的调节透射光学元件的方式直接调节反射式光学元件。而抛物面反射镜几乎又是最难调节的反射光学元件之一。光轴的细微失准调节都将大大降低焦斑的可聚焦功率密度。

同时，对于大多数超短超强激光系统，由于所使用的增益介质一般为特定的类型(比如钛宝石晶体)，因此发射光束一般在红外或其它非可见光区域，肉眼不可见，这就进一步增加了调节难度。通常采用的办法是，借助于可见的He-Ne光调节抛物面镜，即利用双平行He-Ne激光束准直离轴抛物面镜。详见[Yeon H.Lee，Alignment of an off-axis parabolic mirror with two parallel He-Ne laser beams，1992，31(11)：2287-2292]。一方面，这种调节方法非常复杂，另一方面，需要在高功率激光系统中额外引入He-Ne光调节系统。但对于多数的高功率激光系统，由于系统本身的设计及其光路的复杂性，在其中引入双平行He-Ne光调节系统非常困难。特别是，会聚离轴抛物面镜如果置于真空靶室的时候，额外引入激光调节系统就更为困难。而且，由于这种调节方法并非是利用激光系统本身的出射光束，而是通过额外引入其它光束来调节抛物面镜，本身就会引入一定误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有调节超短超强激光系统会聚离轴抛物面镜方法的不足，直接利用高功率激光系统的出射光束，通过采用高分辨科学CCD相机实时测量焦斑，来调节离轴抛物面镜。这种方法具有操作简单，调节精度高的特点。

一种基于高分辨科学CCD相机的离轴抛物面镜调节方法，该方法是利用高分辨科学CCD相机，通过实时测量激光系统出射光束经离轴抛物面镜会聚后的焦点附近焦斑形状，来监控调节离轴抛物面镜。

所述的方法包括：

A1系统准备：将所述离轴抛物面镜(7)固定在电动调节平移台(3)上，电动调节平移台(3)包含离轴角调节旋钮(4)、俯仰旋钮(5)、倾斜旋钮(6)，离轴角调节旋钮(4)通过旋转离轴抛物面镜(7)可用于调节离轴抛物面镜(7)的离轴角，俯仰旋钮(5)用于调节离轴抛物面镜(7)的俯仰，倾斜旋钮(6)用于调节离轴抛物面镜(7)的左右倾斜；出射光束(2)经离轴抛物面镜(7)会聚后形成会聚的焦点(8)，焦点(8)被具有高分辨率的科学CCD相机(9)检测；所述科学CCD相机(9)固定在焦点(8)附近，科学CCD相机(9)置于可水平方向移动的一维调节架上，先使科学CCD相机(9)在略微偏离焦点(8)中心的位置测量会聚焦斑；偏离程度以科学CCD相机(9)所测的焦斑，在大小上能明显体现焦斑的形状为准；移动电动调节平移台(3)，尽量使出射光束(2)照在离轴抛物面镜(7)中央；在调节离轴抛物面镜(7)前，加载小孔光阑(1)以使出射光束(2)为细光束，水平方向大距离移动科学CCD相机(9)并观察细光束在科学CCD相机(9)上的成像点，然后调节离轴抛物面镜(7)的俯仰旋钮(5)，以使细光束在科学CCD相机(9)等高位置成像；

A2粗调阶段：