[发明专利]一种激光束空间动态整形装置及方法

权利要求书

1.一种激光束空间动态整形装置，其特征在于，包括：依次设置的激光预分束单元、激光空间调制单元和光路变换单元；

所述激光预分束单元用于将入射激光束预分束，分为两束夹角为二倍布拉格衍射角的激光束；

所述激光空间调制单元，用于将预分束后的两束激光束进行再次分束，得到两束0级衍射激光、一束-1级衍射激光和一束+1级衍射激光；

所述激光空间调制单元的驱动功率和驱动频率可调，所述驱动功率用于调制四束衍射激光的强度，所述驱动频率用于调制一束-1级衍射激光和一束+1级衍射激光的角度；

所述光路变换单元用于改变调制后的四束衍射激光的方向，形成合束激光，在工作面处形成整形后的光斑。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光空间调制单元包括：超声场产生模块和声光偏转模块；

所述超声场产生模块设置于所述声光偏转模块的底部，用于产生超声场覆盖所述声光偏转模块；

所述声光偏转模块沿光路方向设置于所述激光预分束单元后方，用于使预分束后的两束激光束在超声场的作用下发生衍射，形成一束-1级衍射激光和一束+1级衍射激光。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述超声场产生模块包括射频驱动电源、压电换能器和声光互作用介质；

所述声光互作用介质设置在声光偏转模块内；

所述压电换能器为附着于所述声光互作用介质表面的一层具有压电性质的薄片，且所述压电换能器中压电层两端的电极层与所述射频驱动电源相连接；

所述射频驱动电源用于在射频信号的驱动下，作用于所述压电换能器，使得所述压电换能器高频地振动，并与所述声光互作用介质形成具有体光栅性质的能量可调的超声场。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述声光互作用介质为熔石英、石英晶体、单晶锗、氧化碲或钼酸铅中任意一种。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路变换单元采用透镜或透镜组。

6.一种激光束空间动态整形方法，适用于如权利要求1-5任一项所述的一种激光束空间动态整形装置中，其特征在于，包括：

S1、基于入射激光束的波长、激光空间调制单元的参数和预分束后的两束激光束夹角θ_B0，计算得到整形后的光斑的位置及光强分布；

S2、根据整形后的光斑的位置及光强分布与目标光斑的位置及光强分布计算激光空间调制单元的目标驱动功率参数和目标驱动频率参数；

S3、根据所述目标驱动功率参数和目标驱动频率参数调节激光空间调制单元，对入射激光束进行动态调制与整形。

7.如权利要求6所述的调节方法，其特征在于，S1包括：

S11、计算预分束后的两束激光束在激光空间调制单元中分束和调制后生成的四束衍射激光中-1级和+1级衍射激光分别与0级衍射激光的夹角2θ_B；

S12、根据-1级和+1级衍射激光与0级衍射激光的夹角2θ_B、预分束后的两束激光束的夹角2θ_B0以及激光空间调制单元的参数，分别确定-1级和+1级衍射激光反向延长线与激光预分束单元的交点位置y₁和y₂；计算公式如下：

其中，l₃为声光互作用介质的长度；

S13、通过透镜公式计算-1级和+1级衍射激光整形后的光斑的位置y₁′和y₂′；

其中，l₁为光路变换单元与入射激光束腰位置的距离，l₂为光路变换单元与装置工作面的距离；

S14、获取激光束整形后在y₁′、y₂′和o′处的高斯光斑的光强分布，其中，o′处为两束0级衍射激光整形后的光斑的位置。

8.如权利要求7所述的调节方法，其特征在于，所述光路变换单元、所述激光空间调制单元和装置工作面之间的距离关系满足透镜的物像关系公式：

其中，F为所述激光空间调制单元的焦距。