專利名稱：提高激光光束聚焦能力的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光光束控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高激光光束聚焦能力的方法及裝置。
背景技術(shù)：
激光自1960年問(wèn)世至今，得到了空前的發(fā)展，由于其亮度高、單色性好、準(zhǔn)直和聚焦性能好，已在科學(xué)研究、軍事國(guó)防、工業(yè)加工、天文觀測(cè)和信息傳播等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于激光的聚焦性能好，可以很容易得到微米級(jí)甚至納米級(jí)的聚焦光斑，因此聚焦后的激光光束被廣泛的應(yīng)用于激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打標(biāo)以及激光醫(yī)療等操作中；此外，超高功率的激光光束經(jīng)過(guò)聚焦后還被用在慣性約束核聚變中。從波動(dòng)光學(xué)的角度，任何光束都可以描述為光場(chǎng)，以復(fù)振幅的形式給出，主要包含
光強(qiáng)項(xiàng)和相位項(xiàng):
權(quán)利要求
1.一種提高激光光束聚焦能力的方法，其特征在于，包括步驟:取激光光束的近場(chǎng)光強(qiáng)分布信息；據(jù)所述近場(chǎng)光強(qiáng)分布信息計(jì)算目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息；據(jù)所述目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息設(shè)定判斷遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布是否完成優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)；取遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息；合所述評(píng)價(jià)函數(shù)以及遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息，閉環(huán)控制遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，提高激光光束聚焦能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高激光光束聚焦能力的方法，其特征在于，所述步驟S2中通過(guò)振幅優(yōu)化算法計(jì)算目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高激光光束聚焦能力的方法，其特征在于，所述振幅優(yōu)化算法為迭代傅里葉算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高激光光束聚焦能力的方法，其特征在于，所述振幅優(yōu)化算法為梯度下降算法、隨機(jī)并行梯度下降算法、模擬退火算法或者遺傳算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的提高激光光束聚焦能力的方法，其特征在于，所述步驟S5包括: 結(jié)合所述評(píng)價(jià)函數(shù)以及遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息，通過(guò)相位控制算法閉環(huán)控制波前控制器調(diào)節(jié)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，提高激光光束聚焦能力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高激光光束聚焦能力的方法，其特征在于，所述相位控制算法為梯度下降算法、隨機(jī)并行梯度下降算法、模擬退火算法或者遺傳算法。
7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的提高激光光束聚焦能力的裝置，其特征在于，包括在激光光束光路上依次設(shè)置的波前控制器(2)、第一分束鏡(3)、聚焦鏡(6)、第二分束鏡(7)以及目標(biāo)靶材(9);所述第一分束鏡(3)從激光光束分出第一取樣光束，所述第一取樣光束的光路上設(shè)置有第一光強(qiáng)探測(cè)裝置(4);所述第二分束鏡(7)從激光光束分出第二取樣光束，所述第二取樣光束的光路上設(shè)置有第二光強(qiáng)探測(cè)裝置(8);所述第一光強(qiáng)探測(cè)裝置(4 )以及第二光強(qiáng)探測(cè)裝置(8 )分別與控制機(jī)構(gòu)(5 )連接，所述控制機(jī)構(gòu)(5 )與所述波前控制器(2)連接； 所述第一光強(qiáng)探測(cè)裝置(4)以及第二光強(qiáng)探測(cè)裝置(8)分別采集激光光束的近場(chǎng)光強(qiáng)分布信息與遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息并反饋至所述控制機(jī)構(gòu)(5)，控制機(jī)構(gòu)(5)閉環(huán)控制所述波前控制器(2)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高激光光束聚焦能力的裝置，其特征在于，所述第一光強(qiáng)探測(cè)裝置(4)以及第二光強(qiáng)探測(cè)裝置為CXD探測(cè)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高激光光束聚焦能力的裝置，其特征在于，所述波前控制器(2)為變形鏡或液晶調(diào)制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9任意一項(xiàng)所述的提高激光光束聚焦能力的裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)(5)為單片機(jī)、可編程控制器、DSP微處理器或者計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光光束控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高激光光束聚焦能力的方法及裝置。該方法包括步驟S1.提取激光光束的近場(chǎng)光強(qiáng)分布信息；S2.根據(jù)所述近場(chǎng)光強(qiáng)分布信息計(jì)算目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息；S3.根據(jù)所述目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息設(shè)定評(píng)價(jià)函數(shù)；S4.提取遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息；S5.結(jié)合所述評(píng)價(jià)函數(shù)以及遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布信息，閉環(huán)控制遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，提高激光光束聚焦能力。由于本發(fā)明采用了更加貼近實(shí)際聚焦極限的評(píng)價(jià)函數(shù)，因此本發(fā)明對(duì)于激光光束聚焦能力的優(yōu)化過(guò)程更加容易控制，且不易落入求解局部最優(yōu)解，從而能夠獲得更好的聚焦特性。
文檔編號(hào)G02B27/00GK103091833SQ20121053402
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者鞏馬理, 邱運(yùn)濤, 柳強(qiáng), 黃磊, 閆平, 張海濤, 劉歡 申請(qǐng)人:清華大學(xué)