本發(fā)明涉及激光應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種用于補(bǔ)償激光束的束散角的方法。

背景技術(shù)：

1、激光在激光雷達(dá)、激光通信和氣體成分分析領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在不同的環(huán)境中，其溫度和激光傳播介質(zhì)會(huì)有較大差異，介質(zhì)的差異會(huì)導(dǎo)致折射率的變化，溫度會(huì)導(dǎo)致傳播介質(zhì)折射率變化，這些都會(huì)導(dǎo)致激光光源離焦，光學(xué)系統(tǒng)的離焦會(huì)導(dǎo)致激光束散角的變化。在空間應(yīng)用領(lǐng)域（例如，衛(wèi)星間激光通信），激光傳播介質(zhì)為真空，真空環(huán)境下光學(xué)設(shè)備所處的溫度多變，而地面測(cè)試時(shí)，如果將光學(xué)設(shè)備放置在真空環(huán)境中測(cè)量并模擬出真空環(huán)境下的溫度將耗時(shí)費(fèi)力，因此在常溫空氣媒介中模擬多溫度場(chǎng)真空中的激光束有較大的實(shí)用價(jià)值。在環(huán)境測(cè)試領(lǐng)域，經(jīng)常采用激光光譜法進(jìn)行氣體成分分析，在進(jìn)行氣體成分分析前，需要對(duì)其光學(xué)參數(shù)進(jìn)行適配，激光的束散角是其中一個(gè)重要的參數(shù)，因此，在常溫空氣環(huán)境中模擬出氣體室環(huán)境中的激光束散角能為實(shí)際氣體分析提供便利。

2、為了克服常溫空氣測(cè)試環(huán)境和待應(yīng)用環(huán)境的不同所導(dǎo)致的束散角差異這一問題，傳統(tǒng)的方法是在光學(xué)系統(tǒng)里添加墊片，當(dāng)常溫空氣環(huán)境下測(cè)量室加入墊片，當(dāng)測(cè)試完畢，在真實(shí)環(huán)境中使用時(shí)，取下墊片，但該方法需要加裝和取下墊片，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還有一種方法是在光學(xué)系統(tǒng)外加透鏡補(bǔ)償，但該補(bǔ)償裝置一般是固定的，無閉環(huán)，針對(duì)不同的待應(yīng)用環(huán)境不具有普遍適用性。

3、綜上，用于補(bǔ)償激光束的束散角的方法的不足之處在于：需要額外加裝和取下墊片，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；所添加的補(bǔ)償裝置為固定的，無法閉環(huán)調(diào)整，難以適用于不同待應(yīng)用環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于補(bǔ)償激光束的束散角的方法，不僅能夠便捷補(bǔ)償了測(cè)試環(huán)境與待應(yīng)用環(huán)境的不同所導(dǎo)致的激光束散角的變化，而且能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)不同待應(yīng)用環(huán)境的準(zhǔn)確模擬測(cè)試。

2、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于補(bǔ)償激光束的束散角的方法。該方法包括：在待補(bǔ)償裝置的激光束發(fā)射端處設(shè)置補(bǔ)償裝置，其至少包括液體鏡頭，該液體鏡頭至少包括液體透鏡腔和容納于液體透鏡腔內(nèi)的液體；確定待補(bǔ)償裝置所發(fā)射的激光束經(jīng)由補(bǔ)償裝置出射的第二激光束的第二束散角；基于第二束散角，確定需要對(duì)液體鏡頭施加的電壓；以及基于該電壓，驅(qū)動(dòng)液體鏡頭發(fā)生形變以補(bǔ)償激光束的束散角，以使得經(jīng)補(bǔ)償?shù)氖⒔桥c激光束在待應(yīng)用環(huán)境中的期望束散角的差值滿足預(yù)定條件。

3、在一些實(shí)施例中，該方法還包括：液體鏡頭位于縮束器和擴(kuò)束器之間并且由驅(qū)動(dòng)控制裝置進(jìn)行控制，補(bǔ)償裝置還包括：縮束器，位于液體鏡頭的靠近發(fā)射端的一端處，其被配置為將激光束縮小給定倍數(shù)；以及擴(kuò)束器，位于液體鏡頭的遠(yuǎn)離發(fā)射端的另一端處，其被配置為將激光束放大給定倍數(shù)。

4、在一些實(shí)施例中，該方法還包括：待應(yīng)用環(huán)境為太空環(huán)境、預(yù)定氣體環(huán)境中的一種，基于第二束散角確定需要對(duì)液體鏡頭施加的電壓包括：基于第二束散角，確定施加在液體鏡頭上的初始電壓；基于第二束散角與期望束散角的比較，確定電壓微調(diào)參數(shù)；以及基于初始電壓和電壓微調(diào)參數(shù)，確定需要對(duì)液體鏡頭施加的電壓。

5、在一些實(shí)施例中，基于第二束散角來確定施加在液體鏡頭上的初始電壓包括：基于第二束散角、激光束的束腰半徑、波長(zhǎng)以及液體鏡頭的相關(guān)參數(shù)，確定施加在液體鏡頭上的初始電壓。

6、在一些實(shí)施例中，液體鏡頭的相關(guān)參數(shù)包括液體透鏡腔的半徑、界面張力、介電常數(shù)、液體的折射率、電介質(zhì)層厚度、導(dǎo)電液滴與絕緣電介質(zhì)層間的初始平衡角。

7、在一些實(shí)施例中，該方法還包括：基于激光束的波長(zhǎng)和在待應(yīng)用環(huán)境中的束腰半徑、待補(bǔ)償裝置在待應(yīng)用環(huán)境中的等效透鏡焦距和等效透鏡折射率、以及激光束所處的測(cè)試環(huán)境下空氣的折射率，確定激光束的束腰半徑。

8、在一些實(shí)施例中，該方法還包括響應(yīng)于第二束散角與期望束散角的差值大于閾值偏差，確定不為0的電壓微調(diào)參數(shù)。

9、在一些實(shí)施例中，該方法還包括，期望束散角是基于激光束在待應(yīng)用環(huán)境中的束腰半徑和在待應(yīng)用環(huán)境中光學(xué)傳播介質(zhì)的折射率、待補(bǔ)償裝置在待應(yīng)用環(huán)境中的等效透鏡焦距和等效透鏡折射率來確定的。

10、在一些實(shí)施例中，該方法還包括，待應(yīng)用環(huán)境中光學(xué)傳播介質(zhì)的折射率是基于待應(yīng)用環(huán)境在標(biāo)準(zhǔn)給定溫度下的折射率和折射率變化量來確定的。

11、在一些實(shí)施例中，該方法還包括，折射率變化量是基于激光束的波長(zhǎng)、不同介質(zhì)下的補(bǔ)償系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)給定溫度和待應(yīng)用環(huán)境的溫度來確定的。

12、上述方法的有益效果在于，提供了一種具有液體鏡頭的補(bǔ)償裝置，該裝置針對(duì)不同待應(yīng)用環(huán)境具有普適性，能夠閉環(huán)調(diào)整，使得在常溫測(cè)試環(huán)境中從補(bǔ)償裝置出射的激光的束散角與待應(yīng)用環(huán)境的一致，達(dá)到常溫測(cè)試環(huán)境下與真實(shí)系統(tǒng)性能一致的測(cè)試效果。

13、應(yīng)當(dāng)理解，
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
部分中所描述的內(nèi)容并非旨在限定本公開的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，亦非用于限制本公開的范圍。本公開的其他特征將通過以下的描述變得容易理解。

技術(shù)特征：

1.一種用于補(bǔ)償激光束的束散角的方法，其特征在于，包括：

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液體鏡頭，位于縮束器和擴(kuò)束器之間并且由驅(qū)動(dòng)控制裝置進(jìn)行控制，所述補(bǔ)償裝置還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，待應(yīng)用環(huán)境為太空環(huán)境、預(yù)定氣體環(huán)境中的一種，基于所述第二束散角確定需要對(duì)所述液體鏡頭施加的電壓包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述第二束散角，確定施加在所述液體鏡頭上的初始電壓包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述液體鏡頭的相關(guān)參數(shù)包括：液體透鏡腔的半徑、界面張力、介電常數(shù)、液體的折射率、電介質(zhì)層厚度、導(dǎo)電液滴與絕緣電介質(zhì)層間的初始平衡角。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述第二束散角與期望束散角的比較，確定電壓微調(diào)參數(shù)包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述期望束散角是基于所述激光束在待應(yīng)用環(huán)境中的束腰半徑和待應(yīng)用環(huán)境中光學(xué)傳播介質(zhì)的折射率、所述待補(bǔ)償裝置在待應(yīng)用環(huán)境中的所述等效透鏡焦距和所述等效透鏡折射率來確定的。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，待應(yīng)用環(huán)境中光學(xué)傳播介質(zhì)的折射率是基于待應(yīng)用環(huán)境在標(biāo)準(zhǔn)給定溫度下的折射率和折射率變化量來確定的。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述折射率變化量是基于所述激光束的所述波長(zhǎng)、不同介質(zhì)下的補(bǔ)償系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)給定溫度和所述待應(yīng)用環(huán)境的溫度來確定的。

技術(shù)總結(jié)
提供了一種用于補(bǔ)償激光束的束散角的方法。該方法包括在待補(bǔ)償裝置的激光束發(fā)射端處設(shè)置補(bǔ)償裝置，其至少包括液體鏡頭，該液體鏡頭至少包括液體透鏡腔和容納于液體透鏡腔內(nèi)的液體。該方法還包括確定待補(bǔ)償裝置所發(fā)射的激光束經(jīng)由補(bǔ)償裝置出射的第二激光束的第二束散角。該方法還包括基于第二束散角，確定需要對(duì)液體鏡頭施加的電壓。此外，該方法還包括基于該電壓，驅(qū)動(dòng)液體鏡頭發(fā)生形變以補(bǔ)償激光束的束散角，以使得經(jīng)補(bǔ)償?shù)氖⒔桥c激光束在待應(yīng)用環(huán)境中的期望束散角的差值滿足預(yù)定條件。以此方式，通過液體鏡頭的可調(diào)節(jié)形變，補(bǔ)償了測(cè)試環(huán)境與待應(yīng)用環(huán)境的不同所導(dǎo)致的激光束散角的變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)待應(yīng)用環(huán)境的準(zhǔn)確模擬測(cè)試。

技術(shù)研發(fā)人員：譚俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海穹窿科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19