申请/专利权人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心

申请日：2019-01-25

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN109656015B

主分类号：G02B26/06(20060101)

分类号：G02B26/06(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2019.05.14#实质审查的生效;2019.04.19#公开

摘要：本发明涉及一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法，属于自适应光学技术领域，将变形镜驱动器阵列划分为中心驱动器组和边缘驱动器组，所述边缘驱动器组位于中心驱动器组的外围，调整光学系统中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至波前传感器，利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差，利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差，本发明通过将变形镜驱动器阵列分为中心驱动器组和边缘驱动器组，先利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差，再利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差，最终实现对整个入射光束口径像差的高精度校正，操作便捷。

主权项：1.一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将变形镜驱动器阵列划分为中心驱动器组和边缘驱动器组，所述中心驱动器组位于变形镜驱动器阵列的中间，所述边缘驱动器组位于中心驱动器组的外围，所述变形镜驱动器阵列为N1×N2，中心驱动器组为M1×M2，且N1-M1≥2，N2-M2≥2，其中，N1表示变形镜驱动器整列的行数，N2表示变形镜驱动器整列的列数，M1表示中心驱动器组的行数，M2表示中心驱动器组的列数；S2：调整光学系统中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至波前传感器；S3：利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差；S4：利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差。

全文数据：一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法技术领域本发明属于自适应光学技术领域，具体地说涉及一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法。背景技术波前畸变严重影响了激光光束质量，为了消除波前畸变，自适应光学技术被广泛应用。自适应光学系统是一种实时探测和校正随机光学波前像差的系统，它主要由波前传感器哈特曼波前传感器或者曲率传感器等、波前校正器倾斜镜、变形镜等和波前控制器等部分组成。由波前传感器实时探测波前畸变信息，并由波前控制器将波前传感器探测得到的信号经过控制算法转化为波前校正器各个驱动器的电压控制信号，电压控制信号驱动波前校正器改变镜面面形，从而实现波前畸变的实时校正。为了提高自适应光学系统的波前畸变校正效果，尤其为了更好的校正激光光束口径边缘部分的像差，变形镜需要在激光光束口径外保留一圈驱动器一、Correctionofloworderaberrationsusingcontinuousdeformablemirrors,《OPTICSEXPRESS》,Vol.16,2008,2859-2866.二、Correctionofocularandatmosphericwavefronts:acomparisonoftheperformanceofvariousdeformablemirrors,《APPLIEDOPTICS》,Vol.47,2008,6550-6562.。发明内容针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法，包括以下步骤：S1：将变形镜驱动器阵列划分为中心驱动器组和边缘驱动器组，所述边缘驱动器组位于中心驱动器组的外围；S2：调整光学系统中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至波前传感器；S3：利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差；S4：利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差。进一步，所述光学系统包括分光镜、反光镜、波前传感器、变形镜和控制器，所述分光镜倾斜设置，且分光镜与变形镜同光轴设置，入射光束经分光镜后透射至变形镜，经变形镜反射回的入射光束经分光镜后分为取样光束和出射光束，所述反光镜和波前传感器同光轴设置，且反光镜与分光镜对应设置，取样光束依次入射至反光镜和波前传感器，所述控制器分别与波前传感器、变形镜电连接。进一步，所述分光镜、反光镜与水平面的夹角均为45°。进一步，所述反光镜和波前传感器之间还设有缩束组件，所述缩束组件包括共焦点的第一透镜和第二透镜，且缩束组件的光轴与波前传感器的光轴重合。进一步，所述反光镜上镀有增反膜，所述第一透镜和第二透镜上均镀有增透膜。进一步，所述中心驱动器组位于变形镜驱动器阵列的中间，所述边缘驱动器组位于变形镜驱动器阵列的边缘，所述变形镜驱动器阵列为N1×N2，中心驱动器组为M1×M2，且N1-M1≥2，N2-M2≥2，其中，N1表示变形镜驱动器整列的行数，N2表示变形镜驱动器整列的列数，M1表示中心驱动器组的行数，M2表示中心驱动器组的列数。进一步，所述变形镜的有效口径与入射光束口径匹配。本发明的有益效果是：通过将变形镜驱动器阵列分为中心驱动器组和边缘驱动器组，先利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差，再利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差，最终实现对整个入射光束口径像差的高精度校正，操作便捷。附图说明图1是本发明中光学系统的结构示意图；图2是校正前的入射光束像差示意图；图3是利用中心驱动器组校正后的入射光束像差示意图；图4是利用边缘驱动器组校正后的入射光束像差示意图。附图中：1-入射光束、2-分光镜、3-变形镜、4-反光镜、5-第一透镜、6-第二透镜、7-波前传感器、8-控制器、9-出射光束。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。实施例一：一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法，包括以下步骤：首先，将变形镜驱动器阵列划分为中心驱动器组和边缘驱动器组，所述中心驱动器组位于变形镜驱动器阵列的中间，所述边缘驱动器组位于变形镜驱动器阵列的边缘，也就是说，边缘驱动器组位于中心驱动器组的外围。设定变形镜驱动器阵列为N1×N2，中心驱动器组为M1×M2，且N1-M1≥2，N2-M2≥2，其中，N1表示变形镜驱动器整列的行数，N2表示变形镜驱动器整列的列数，M1表示中心驱动器组的行数，M2表示中心驱动器组的列数。其次，调整光学系统中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至波前传感器，且变形镜的有效口径与入射光束口径匹配。具体的，如图1所示，所述光学系统包括分光镜2、反光镜4、波前传感器7、变形镜3和控制器8，所述分光镜2倾斜设置，且分光镜2与变形镜3同光轴设置，入射光束1经分光镜2后透射至变形镜3，经变形镜3反射回的入射光束经分光镜2后分为取样光束和出射光束9，所述反光镜4和波前传感器7同光轴设置，且反光镜4与分光镜2对应设置，取样光束依次入射至反光镜4和波前传感器7，所述控制器8分别与波前传感器7、变形镜3电连接。本实施例中，所述分光镜2、反光镜4与水平面的夹角均为45°。同时，所述反光镜4和波前传感器7之间还设有缩束组件，所述缩束组件包括共焦点的第一透镜5和第二透镜6，且缩束组件的光轴与波前传感器7的光轴重合。所述反光镜4上镀有增反膜，所述第一透镜5和第二透镜6上均镀有增透膜。最后，发明人在长期实践中发现：光束口径中心部分和边缘部分的波前像差具有不同的空间特征，而变形镜由于其自身的机械结构特点导致其中心部分和边缘部分的驱动器阵列也具有不同的空间响应特征，因此，发明人先利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差，再利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差，以实现变形镜驱动器阵列和光束像差的空间特征匹配，提高自适应光学系统波前畸变的控制精度。实施例二：本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：本实施例中，各光学元件的参数分别如下：入射光束的口径为50×50mm，波长为1053nm；分光镜的口径为100×100mm，45°放置，对1053nm激光反射率为1％；变形镜的参数如表1所示；反光镜的口径为100×100mm，45°放置，对1053nm激光反射率为99.95％；第一透镜的口径为100×100mm，焦距为500mm；第二透镜的口径为10×10mm，焦距为50mm；波前传感器的参数如表2所示；出射光束的口径为50×50mm，波长为1053nm。表1：变形镜主要技术指标参数表2：波前传感器主要技术指标参数具体调节过程如下：1、变形镜驱动器阵列包括7×7个驱动器，将变形镜驱动器阵列划分为中心驱动器组和边缘驱动器组，其中，中心驱动器组包括5×5个驱动器，边缘驱动器组包括位于中心驱动器组外围的24个驱动器。控制器先利用中心驱动器组的25个驱动器校正入射光束口径中心部分的像差，校正前、校正后的入射光束像差分别如图2和图3所示，其中，校正前的入射光束像差PV值为1.6μm，校正后的入射光束像差PV值为0.6μm。2、利用边缘驱动器组的24个驱动器继续对入射光束口径边缘部分的像差进行校正，校正后的入射光束像差如图4所示，其中，校正后的入射光束像差PV值为0.3μm。以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

权利要求：1.一种提高光学系统波前畸变校正精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将变形镜驱动器阵列划分为中心驱动器组和边缘驱动器组，所述边缘驱动器组位于中心驱动器组的外围；S2：调整光学系统中各光学元件的位置，保证入射光束经变形镜反射至波前传感器；S3：利用中心驱动器组校正入射光束口径中心部分的像差；S4：利用边缘驱动器组校正入射光束口径边缘部分的像差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学系统包括分光镜、反光镜、波前传感器、变形镜和控制器，所述分光镜倾斜设置，且分光镜与变形镜同光轴设置，入射光束经分光镜后透射至变形镜，经变形镜反射回的入射光束经分光镜后分为取样光束和出射光束，所述反光镜和波前传感器同光轴设置，且反光镜与分光镜对应设置，取样光束依次入射至反光镜和波前传感器，所述控制器分别与波前传感器、变形镜电连接。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分光镜、反光镜与水平面的夹角均为45°。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反光镜和波前传感器之间还设有缩束组件，所述缩束组件包括共焦点的第一透镜和第二透镜，且缩束组件的光轴与波前传感器的光轴重合。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反光镜上镀有增反膜，所述第一透镜和第二透镜上均镀有增透膜。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中心驱动器组位于变形镜驱动器阵列的中间，所述边缘驱动器组位于变形镜驱动器阵列的边缘，所述变形镜驱动器阵列为N1×N2，中心驱动器组为M1×M2，且N1-M1≥2，N2-M2≥2，其中，N1表示变形镜驱动器整列的行数，N2表示变形镜驱动器整列的列数，M1表示中心驱动器组的行数，M2表示中心驱动器组的列数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述变形镜的有效口径与入射光束口径匹配。

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