[发明专利]一种大梯度相位型强光元件的可变补偿干涉检测系统与方法

说明书

本发明公开了一种大梯度相位型强光元件的可变补偿干涉检测系统与方法，系统包括波面干涉仪、标准镜头、待测大梯度相位型强光元件、扩束系统、SLM、SLM相位控制系统和平移台，扩束系统用于实现SLM口径与波面干涉仪口径的匹配，SLM的控制端与SLM相位控制系统相连，SLM相位控制系统用于控制SLM产生可变的像差补偿，补偿待测大梯度相位型强光元件的超波面干涉仪量程的大梯度波前像差，平移台用于控制补偿待测大梯度相位型强光元件的横向平移，使波面干涉仪逐一测量相位元件的各个子孔径。本发明结合SLM可变像差补偿技术与子孔径拼接技术，具有提高干涉仪对相位型强光元件波前梯度适应能力的优点。

技术领域

本发明涉及自适应光学领域和光学精密测量领域，具体涉及一种大梯度相位型强光元件的可变补偿干涉检测系统与方法。

背景技术

惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)，利用强激光直接照射在氢原子上，使之发生聚变，产生巨大的能量。在ICF“点火”过程中，激光束通过腔型靶两边的小孔时，焦斑旁瓣与靶孔边缘相互作用产生的等离子体会高速向靶孔中心膨胀，阻碍后续激光进入靶腔，造成等离子体堵口，从而导致物理实验失败。此外，为实现空间4π立体角内的均匀内爆，获得高倍的靶丸压缩比而达到聚变所需的物理条件，需要使每一路入射激光满足其远场焦斑轮廓与靶丸特定区域吻合且光强均匀两个条件。因此，为实现激光与靶物质的高效耦合，必须对激光束进行整形和匀滑，并抑制其焦斑旁瓣。相位型强光元件是ICF系统中实现光束整形与控制的关键核心元件。相位型强光元件通常根据设定的焦斑形状并结合初始波前误差采用波前相位重构来进行设计，其表面连续变化起伏的三维微结构可以对入射波前起到调制作用，引起光波场复振幅在空间的重新分布，获得期望的输出光场，实现光束整形。不同于传统光学元件和一般微结构阵列元件，相位型强光元件口径大，元件表面具有小周期的不规则三维微结构并且深度和梯度大、高度方向精度要求高。如NIF报道的连续相位型强光元件加工结果为口径430mm×430mm、周期小至4mm、深度达8.6μm、透射面形梯度高达5μm/cm，高度方向精度要求达到纳米量级。这类待测大梯度相位型强光元件给加工提出了新的要求，更对高精度定量加工的前提——波像差检测提出了极大挑战。

受系统传递函数和采样定律的限制，常用的配备1024像素×1024像素CCD的Ф500mm和Ф600mm大口径干涉仪所能检测的波像差相位梯度极限值仅为1.3μm/cm左右，离5μm/cm目标值相去甚远。我国相关研究单位提出采用小口径高分辨率干涉仪结合子孔径拼接技术，将可检测的波像差相位梯度极限值提升至约3μm/cm，实现了最大波前梯度为3.109μm/cm相位型强光元件的检测(柴立群,于瀛洁,石琦凯,等.大口径连续相位板波前检测.中国激光,2010(03):8；温圣林,石琦凯,颜浩,等.大口径连续相位板面形检测与评价.强激光与粒子束,2012,24(10):2296-2296)。而要实现激光打靶对焦斑尺寸、形状和激光辐照均匀性的要求需要进一步提升相位型强光元件的设计波前梯度，目前梯度幅值更大的相位型强光元件检测已经严重制约了待测大梯度相位型强光元件的设计和加工，进而影响神光系列强激光装置的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种大梯度相位型强光元件的可变补偿干涉检测系统与方法，结合SLM可变像差补偿技术与子孔径拼接技术，可提高干涉仪对相位型强光元件波前梯度适应能力，解决待测大梯度相位型强光元件的大相位梯度纳米级检测难题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：