[发明专利]一种高功率薄片激光器动态波前像差检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种高功率薄片激光器动态波前像差检测装置及方法，该装置包括沿激光传输方向依次设置的He‑Ne激光器、扩束系统、第一反射镜、薄片增益介质、第二反射镜、分束镜、第一成像系统与第二成像系统、以及第一CCD与第二CCD，由外界提供泵浦光到所述薄片增益介质表面；通过第一CCD与第二CCD同时采集两幅光强图，通过光强传输方程算法计算出测试波前的相位分布，对相位分布通过最小二乘法拟合得到测试波前的泽尼克像差信息。本发明采用了格拉姆‑施密特正交化算法，实现了高功率非稳腔薄片激光器动态波前像差的实时高精度检测。

技术领域

本发明涉及动态波前像差检测技术领域，特别涉及一种高功率薄片激光器动态波前像差检测装置及方法。

背景技术

在高功率非稳腔薄片激光器中，激光增益介质在热加载时由于上下表面温差会产生的热效应，从而导致动态波前像差。非稳腔内的动态波前像差会影响激光器的输出功率和输出质量，是限制高功率薄片激光器发展的主要原因之一。为了实现高功率非稳腔薄片激光器腔内像差的校正，首先需要对热加载过程中单个薄片增益介质所引起的动态波前像差进行实时检测，分析像差类型和变化规律，为后续的腔内像差校正提供计算基础。

为了实现瞬态波前的检测，目前国内对于薄片增益介质动态波前像差实时检测学者们提出了一系列研究方法，主要包括:夏克-哈特曼波前传感器法、剪切干涉法和点衍射干涉法。夏克-哈特曼波前检测技术一直是国内外的研究热点。夏克-哈特曼波前传感器利用微透镜阵列将包含像差的波面划分成若干子波面，在探测器上获得哈特曼图案。当待测波面与理想波面存在偏差时，单个子波面形成的会聚点与理想会聚点存在位置偏移。根据位置偏移量提取出波面的梯度信息，使用波面重构算法计算得到波面信息。夏克-哈特曼波前传感器广泛被用于人眼瞳孔的跟踪、大口径波前检测等领域。在固体激光领域，徐鎏婧等人利用夏克-哈特曼波前传感器对传导冷却端面抽运板条激光放大器的波前畸变进行了实验研究。夏克-哈特曼波前传感器，易于校准，广泛用于动态波前像差的实时检测。然而，该技术受到微透镜阵列加工工艺的限制，波面采样频率低，很难做到高分辨率检测。薄片增益介质产生的动态波前像差复杂，低分辨率的采样不能满足高精度的动态波前像差的实时检测。

剪切干涉法与夏克-哈特曼波前传感器类似，也是通过测量波前斜率的方式获取波前相位信息。剪切干涉法通过复制被测波前与原始被测波前错位干涉，产生剪切干涉图，通过相位重构算法计算得到被测波前分布。剪切干涉法分为横向剪切干涉法和径向剪切干涉法两种，并形成了成熟的横向和径向剪切干涉仪。剪切干涉法中采用的波前重构算法复杂度高，在处理高分辨率干涉图时计算效率低，不适用于动态波前像差的实时检测。此外，剪切干涉检测装置复杂，不适用于紧凑的高功率非稳腔薄片激光器中增益介质的高精度检测。

点衍射干涉法利用点衍射板的衍射效应生成接近于理想球面的参考波前，使用共光路系统，抗干扰性好；通过解调干涉图可以直接得到被测波前的分布，具有较高的分辨率。1978年，Kolipoulos首次提出并研制了红外点衍射干涉仪，并检测了10.6um的红外激光波前。此后，基于光电调制的移相式点衍射干涉仪、偏振移相式点衍射干涉仪、光栅移相式式点衍射干涉仪和反射式点衍射干涉仪相继被提出并应用于波前和光学元件面形的检测中。点衍射干涉法中普遍采用衍射针孔、光栅等衍射元件，其辅助装调装置复杂，且装调误差对检测结果有一定的影响，并不适用于高功率非稳腔薄片激光器中增益介质的实时检测。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高功率薄片激光器动态波前像差检测装置及方法，以达到对薄片增益介质动态波前像差实时高精度检测的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：