[发明专利]一种具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统与方法

权利要求书

1.一种具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，包括同光轴设置的变形镜一(1)、倍频晶体一(3)、倍频晶体二(4)、变形镜二(5)和会聚透镜(7)，其中变形镜一(1)和变形镜二(5)均水平设置，变形镜一(1)镜面朝上，变形镜二(5)镜面朝下，倍频晶体一(3)、倍频晶体二(4)和会聚透镜7设置在变形镜一(1)和变形镜二(5)之间，倍频晶体一(3)和倍频晶体二(4)平行，均倾斜设置，且镜面法线与其入射光方向重合，入射激光束经变形镜一(1)反射后，入射至倍频晶体一(3)的入射端，经倍频晶体一(3)和倍频晶体二(4)频率转换后，入射至变形镜二(5)，经变形镜二(5)反射后再通过会聚透镜(7)聚焦输出，其中，变形镜一(1)与驱动器一(2)的驱动元件顶端机械连接，变形镜二(5)与驱动器二(6)的驱动元件顶端机械连接，所述驱动器一(2)和驱动器二(6)均与计算控制处理器(8)电连接，所述驱动器一(2)和驱动器二(6)为压电驱动器，通过改变驱动器控制电压使压电陶瓷产生形变进而控制对应变形镜的面形。

2.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述变形镜一(1)和变形镜二(5)的镜面法线均与其入射光方向夹角为45°，所述倍频晶体一(3)和倍频晶体二(4)均倾斜45°设置。

3.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述变形镜一(1)和变形镜二(5)的镜面均为矩形，在底面分布有若干玻璃柱，所述驱动器一(2)和驱动器二(6)上的驱动元件数量与玻璃柱数量一致，各驱动元件顶端有杯状接口，各玻璃柱与杯状接口用环氧树脂连接。

4.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述驱动器一(2)和驱动器二(6)的底座上均匀分布有数十个驱动元件，所述驱动元件为压电材料堆栈，其极化方向形变量与驱动电压成正比。

5.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述倍频晶体一(3)和倍频晶体二(4)为KDP晶体，倍频晶体一(3)主要将基频光转换为二倍频光，倍频晶体二(4)主要用于产生三倍频光。

6.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述会聚透镜(7)为球面凸透镜。

7.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述变形镜一(1)与驱动器一(2)、变形镜二(5)与驱动器二(6)所能实现的调制范围为数十微米量级。

8.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，各个元件及其所需的装配结构安装于机壳组件(9)，保证各个元件的空间位置关系。

9.根据权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统，其特征在于，所述入射激光束经变形镜一(1)反射后，激光波前得到调制，与倍频晶体一(3)畸变的面形实现精准角度相位匹配，经变形镜二(5)反射后，出射光波前被矫正为平面波，经会聚透镜(7)聚焦后输出打靶。

10.基于权利要求1所述具有高效倍频性能的大口径激光频率转换系统使用法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：在纳米精度量级的大口径激光干涉仪上，采用与实际工作情况一致的放置与安装方式，对倍频晶体镜面的面形进行精密测量，获取倍频晶体一(3)和倍频晶体二(4)在实际工作环境下面形的精准数据；

步骤2：将倍频晶体一(3)的面形数据输入到计算控制处理器(8)中，利用其面形数据计算出实现精准角度相位匹配所需要的入射光波前，计算此入射光波前的泽尼克像差系数以便拟合重建入射光波前面形；

步骤3：将倍频晶体二(4)的面形数据输入到计算控制处理器(8)中，结合拟合重建的入射光波前面形，计算得到倍频晶体二(4)的出射光波前面形数据，计算出射光波前面形的泽尼克像差系数以便矫正输出出射光波前；

步骤4：将变形镜一(1)、驱动器一(2)与变形镜二(5)、驱动器二(6)以与实际工作环境相同的方式放置，并用波前为平面的激光沿与镜面法线夹角为45°的方向照射变形镜一(1)，利用波前传感器，在分别给驱动器上的每个驱动元件加一定电压时，测量出此时被变形镜调制后的波前面形，并计算其泽尼克像差系数，即为每个驱动器的响应函数；

步骤5：利用步骤2中计算得到的倍频晶体一(3)的入射光波前面形的泽尼克像差数据和变形镜一(1)、驱动器一(2)对应的响应函数，在计算控制处理器(8)中拟合计算出驱动器一(2)的每个驱动元件所需的驱动电压；利用步骤3中计算得到的倍频晶体二(4)的出射光波前面形的泽尼克像差数据和变形镜二(5)、驱动器二(6)对应的响应函数，在计算控制处理器(8)中拟合计算出驱动器二(6)的每个驱动元件所需的驱动电压；

步骤6：在系统即将工作时，控制相应驱动器给其驱动元件加载步骤5中所计算出的驱动电压；

步骤7：工作结束后，控制驱动器及时清零驱动电压。