[发明专利]基于LabVIEW的强激光打靶光路调节系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光路调节系统，尤其涉及一种基于LabVIEW的强激光打靶光路调节系统及方法。

背景技术

随着超短超强飞秒激光技术的发展，超短超强激光装置的峰值功率已达到太瓦(TW，1TW＝10¹²W)甚至是拍瓦(PW，1PW＝10¹⁵W)量级，通过光学聚焦技术，其峰值功率密度可到相对论量级(10¹⁸W/cm²)，这为强激光驱动靶材产生相关的辐射源(也可称为次级源，如特征KαX射线源、Betatron X射线源、高能质子源等)提供了现实的基础。为获得高品质的辐射源，为保证激光能量的有效利用，绝大部分强激光驱动靶材产生各种次级源的实验都是在真空环境下展开，真空度要求在10^-3Pa甚至更高，然而，真空环境下光路的微调节占大部分时间，也是决定实验成功与否的关键因素之一，因此，在真空环境下光路的稳定及微调节至关重要。

目前，最为常用的强激光打靶光路调节的方法分为以下过程：1)将光学镜架安装在电动位移台上，在大气环境下完成调节；2)用反光板做一个十字标志，调节至光斑打在反光板十字标志的中心点，此点即为光斑位置定位点；3)依次利用机械泵、分子泵、低温泵等将光学镜架所处的真空腔气压抽至10^-3Pa左右；4)通过人眼直接观察或者CCD图像显示后人眼观察光斑在反光板十字标志的位置，通过手动点动按钮(点动按钮是厂家配的平台控制手柄)调节电动位移台，实现对光路指向的微调。这种方法存在以下不足：1)抽真空之后，由于激光传播介质折射率的改变而导致光路偏移，真空下无法实现实时监控调节平移台校正光路；2)采用点动按钮控制，对于移动指定位移量操作费时，另外，即便是开发者给的配套软件也只能控制一台特定维数平移台，功能单一且操作不便，不能满足复杂系统的使用要求；3)通过人眼来判断光斑在反光板的位置来定位光斑是否偏移，存在人眼误差，并且激光的重复频率是10Hz或者更低，人眼观察存在难度；4)高精度平移台一般都是进口设备，属于通用设备，操作方式单一且功能不完善，不能满足指定的复杂环境使用要求；5)针对于强激光实验，光路复杂，调节维数多，控制难度大，界面复杂，配套软件不能满足要求。

另外，本发明的后续工作是强激光打靶产生X射线源，需要将直径为30mm的圆形光斑聚焦为直径10μm以内的圆形光斑，光斑最终能否聚焦至10μm以内，光路的稳定与否至关重要，因为光路对OAP影响很大，如果光路偏移，光斑经OAP后聚焦不到10μm，或者光斑的形状不是圆形，光斑偏大和光斑形状不好，最终光斑作用在靶材表面的功率密度大小也不一样，物理现象就会有很大差异。

经检索，国内目前没有采用基于LabVIEW的激光打靶光路调节的相关专利，主要原因在于实验人员难以将不同型号和不同通信协议的控制器结合匹配、计算机多通信接口的控制存在资源竞争问题、多线程并行运行机制应用等技术难度大，暂时没有可以借鉴的方法将十几维度平移台集成在同一软件内实时监控和调节。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能有效保证光路稳定、可以实现真空环境下光路的稳定及微调节，调节精度高、速度快、调节方式简单、控制难度低、界面简单的一种强激光打靶光路调节系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于LabVIEW的强激光打靶光路调节系统，包括真空腔体、基于LabVIEW开发平台的工控计算机、与工控计算机连接的激光光斑采集单元和激光光斑位置调节单元；

所述真空腔体内设有带有反射镜的第一二维电动调节镜架、二维手动调节镜架、分别设置有离轴抛物面镜和靶材的第一五维组合电动调节镜架、第二五维组合电动调节镜架、设有物镜头的第二二维电动调节镜架，入射的强激光束依次经第一二维电动调节镜架、二维手动调节镜架上的反射镜、第一五维组合电动调节镜架上的离轴抛物面镜、第二五维组合电动调节镜架上的靶材后至物镜头上；

所述激光光斑采集单元包括3路真空CCD摄像头、分别为第一、第二、第三CCD；所述真空CCD摄像头通过摄像头真空转接头与USB视频信号采集卡连接，所述USB视频信号采集卡与工控计算机的USB端口相连；其中，真空CCD摄像头位于真空腔体中，第一、第二CCD分别位于第一二维电动调节镜架、二维手动调节镜架后、入射激光束的延长线方向上，第三CCD位于物镜头正后方；