潘國濤，閆鈺鋒 ，于 信，張 雷，孫 闊，白素平，孫宏申

（1.長春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，吉林 長春 130022；2.中國人民解放軍63867部隊(duì)，吉林 白城 137000；3.吉林江機(jī)特種工業(yè)有限公司八分廠，吉林 吉林 132021）

1 引 言

對(duì)于激光器而言，激光的亮度是最為重要的技術(shù)指標(biāo)之一[1]，而激光的亮度與功率成正比，與光束質(zhì)量因子M2的2次方成反比[2]，因此可以通過提高功率和改善光束質(zhì)量的技術(shù)途徑提高激光的亮度。近年來，隨著增益介質(zhì)[3]、冷卻技術(shù)[4]和諧振腔優(yōu)化設(shè)計(jì)[5]的迅猛發(fā)展，固體板條激光器逐漸展現(xiàn)出其優(yōu)越性，輸出功率從千瓦量級(jí)發(fā)展到兆瓦量級(jí)。然而，隨著功率的攀升，由于“熱效應(yīng)”等因素的影響，光束質(zhì)量逐漸退化，限制了激光器亮度的提升。得益于自適應(yīng)光學(xué)校正技術(shù)的日益成熟，使得固體板條激光器具備兼顧高功率、高光束質(zhì)量的潛力，并取得了相應(yīng)的研究成果。2017年，YU X等人[6]采用約束條件下的低階像差自動(dòng)校正技術(shù)，將出射光束波前 PV值從57.26 μm減小到了1.87 μm。2017年，中國科學(xué)院光電研究院報(bào)道的經(jīng)混合式自適應(yīng)光學(xué)凈化系統(tǒng)校正技術(shù)，使得單脈沖5 J, 200 Hz固體板條激光器實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于2倍衍射極限的光束質(zhì)量[7]。2018年，楊平等人[8]采用AO系統(tǒng)輔以相應(yīng)的低階像差校正技術(shù)，測(cè)得750 MW板條激光器的光束質(zhì)量β因子為1.64×DL。

隨著板條固體激光器功率的提升，增益介質(zhì)尺寸增加，導(dǎo)致輸出光束口徑逐漸增大，給自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加了難度。對(duì)于自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)中的探測(cè)單元，難點(diǎn)在于如何在有限的尺寸限制范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)矩形大口徑光束多參數(shù)的檢測(cè)與評(píng)估，包括波前畸變的共軛探測(cè)、均勻性和光束質(zhì)量等的綜合評(píng)估。

為解決上述問題，研究人員開展了一系列的研究工作。相里微[9]等采用無光焦度開普勒型望遠(yuǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了口徑為150 mm×150 mm方形光束的波前探測(cè)，系統(tǒng)縮束倍率為11倍，但筒長較長，達(dá)到了2.42 m。雖然，伽利略型的望遠(yuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于縮短筒長，但無法滿足自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)的共軛需求。張成棟[10]實(shí)現(xiàn)大功率光纖激光器的功率和光束質(zhì)量測(cè)量，采用β因子完成對(duì)激光的單一參數(shù)光束質(zhì)量的評(píng)價(jià)，測(cè)得功率為90.1 W時(shí)，β值為1.41；功率為3.04 kW時(shí)，β值為1.81。該系統(tǒng)雖可實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量等的測(cè)量，但測(cè)量系統(tǒng)體積較大。張禹、楊忠明[11-12]等設(shè)計(jì)的450 mm大口徑多光譜通道波前測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可見光、近紅外和中紅外多波段的單一參數(shù)波前的測(cè)量，同時(shí)由于口徑過大，使測(cè)量系統(tǒng)體積過大。

目前的技術(shù)方案雖然可以較好地實(shí)現(xiàn)大口徑矩形光束的波前、光束質(zhì)量的檢測(cè)。但在以下兩個(gè)方面的工作還稍有欠缺：（1）如何在尺寸限定的條件下，滿足自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)共軛探測(cè)的需求；（2）如何在滿足自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)波前共軛探測(cè)需求的前提下，兼顧校正結(jié)果的評(píng)估，如光束質(zhì)量、光斑均勻性等。本文圍繞上述兩個(gè)問題開展了相關(guān)工作。

首先，根據(jù)探測(cè)口徑大、共軛成像以及多參數(shù)檢測(cè)的技術(shù)要求，基于開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)的成像原理，確定采用大倍率光束壓縮后分光探測(cè)的方案，實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)檢測(cè)。其次，針對(duì)大倍率、筒長限制以及長出瞳距的問題，主縮束系統(tǒng)利用雙高斯初始結(jié)構(gòu)的消像差特點(diǎn)，并結(jié)合非球面技術(shù)保證成像質(zhì)量，基于攝遠(yuǎn)成像的原理壓縮筒長，優(yōu)化出瞳距。再次，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)波前探測(cè)系統(tǒng)、光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)和光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求，分別建立了探測(cè)系統(tǒng)的仿真模型，分析探測(cè)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，并對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行公差分析，為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建提供依據(jù)。最后，搭建相關(guān)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。

2 光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括主縮束系統(tǒng)、波前探測(cè)子系統(tǒng)、光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)和光束均勻性檢測(cè)子系統(tǒng)。波前探測(cè)子系統(tǒng)是在主縮束系統(tǒng)出瞳位置處安裝微透鏡陣列和波前傳感器，變形鏡(DM)與波前傳感器(H-S)滿足共軛需求，經(jīng)變形鏡校正后的光束在波前傳感器像面上產(chǎn)生陣列光斑，通過陣列光斑分析波前。光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)配合主縮束系統(tǒng)完成對(duì)光束質(zhì)量β因子的計(jì)算與分析。光束均勻性檢測(cè)子系統(tǒng)配合主縮束系統(tǒng)完成對(duì)光束均勻性的檢測(cè)。表1是激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。

圖1 矩形大口徑激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of evaluation system of the large rectangular aperture laser beam quality

表1 激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)Tab.1 The technical specifications of the laser beam quality evaluation system

為了保證校正結(jié)果，必須保證波前探測(cè)子系統(tǒng)探測(cè)到的波前、變形鏡(DM)校正的波前是同一個(gè)物理量，這就要求波前探測(cè)器探測(cè)面和變形鏡(DM)共軛。為了保證物像共軛，檢測(cè)中變形鏡(DM)需放置在主縮束系統(tǒng)的入瞳位置處，因此，設(shè)計(jì)中要設(shè)定主縮束系統(tǒng)的入瞳位置，設(shè)定為500 mm。選擇500 mm的入瞳位置，主要是由于入射主激光的能量過高，需要進(jìn)行多次分光，將大部分能量輸出發(fā)射，僅保留少部分進(jìn)行探測(cè)。

同時(shí)，為滿足物像共軛和自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)對(duì)長出瞳距以及短筒長的要求，波前傳感器像面應(yīng)穩(wěn)定放置在主縮束系統(tǒng)的出瞳位置處。為保證壓縮光束分光后順利進(jìn)入到后續(xù)系統(tǒng)中，光路需進(jìn)行分光、折轉(zhuǎn)，并且受波前傳感器安裝位置的限制，要求出瞳位置不小于40 mm，以滿足光路折轉(zhuǎn)和安裝的需求。系統(tǒng)探測(cè)的視場(chǎng)(±3')對(duì)應(yīng)著傾斜鏡的行程。

3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

矩形口徑激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。由主縮束系統(tǒng)、波前探測(cè)子系統(tǒng)、光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)和光束均勻性檢測(cè)子系統(tǒng)組成。

圖2 系統(tǒng)2D結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Schematic diagram of system (2D structure)

3.1 波前探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

波前探測(cè)系統(tǒng)由主縮束系統(tǒng)和波前傳感器組成。由于受探測(cè)器靶面尺寸限制，因此需要實(shí)現(xiàn)大倍率光束壓縮?？s束光學(xué)系統(tǒng)[13]是一個(gè)無光焦度望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)[14]，通光口徑為160 mm×120 mm，等效圓形口徑為200 mm。開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)和伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)。與伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)相比，開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)具有物像共軛關(guān)系，滿足自適應(yīng)校正的共軛需求，且實(shí)像點(diǎn)便于裝調(diào)，可以放置消雜光光闌，抑制雜散光。由于一方面需要滿足自適應(yīng)校正的共軛需求，另一方面，主縮束系統(tǒng)需要在筒長≤320 mm的情況下，入瞳位于500 mm時(shí)，出瞳距≥40 mm，因此選用開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由物鏡組和目鏡組構(gòu)成，相關(guān)參數(shù)計(jì)算和望遠(yuǎn)鏡的參數(shù)計(jì)算大致相同。

根據(jù)主縮束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，應(yīng)用參考文獻(xiàn)[15]中開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視放大倍率公式、高斯公式和轉(zhuǎn)面公式，求解物鏡組和目鏡組焦距、。計(jì)算得。原理上，開普勒型望遠(yuǎn)鏡的筒長等于物鏡組焦距加上目鏡組焦距，但此時(shí)筒長約為485.448 mm，大于筒長設(shè)計(jì)參數(shù)320 mm，將鏡組設(shè)計(jì)成攝遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步縮短筒長。

依據(jù)參考文獻(xiàn)[16]中定義的筒長系數(shù)k等于鏡筒長度與焦距的比，且0 ＜k＜ 1。結(jié)合參考文獻(xiàn)[15]中高斯光學(xué)公式，當(dāng)攝遠(yuǎn)系統(tǒng)采用兩片初始結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)有如下的關(guān)系：

3.1.1 主縮束光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

將理論計(jì)算對(duì)應(yīng)的理想透鏡組替換成實(shí)際透鏡組，起初物鏡組和目鏡組各為兩片式，但系統(tǒng)的口徑較大，成像質(zhì)量較差，未能滿足需求。因此，對(duì)物鏡組及目鏡組的結(jié)構(gòu)做出改進(jìn)。物鏡組和目鏡組分別采用4片式和3片式透鏡，并將物鏡組的第一片透鏡的前表面設(shè)計(jì)成非球面以減小大口徑透鏡的低階像差，明顯改善像差。目鏡組設(shè)計(jì)成攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)以增大出瞳距，來滿足后續(xù)系統(tǒng)的光瞳銜接。運(yùn)用Zemax軟件對(duì)光學(xué)系統(tǒng)反復(fù)優(yōu)化，與加工樣本校對(duì)，預(yù)留機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝口徑余量，主縮束系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。最終主縮束系統(tǒng)透鏡數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3 主縮束系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of optical structure of main beam compression system

表2 主縮束系統(tǒng)透鏡數(shù)據(jù)Tab.2 Lens data of the main beam compression system

非球面4th Order term為-4.076×10-9；6th Order term為-4.056×10-15；8th Order term為8.633×10-20。此時(shí)主縮束系統(tǒng)的出瞳距離達(dá)到了41.405 mm，縮束倍率為11倍，筒長319.500 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。考慮非球面的可加工性，非球面的子午曲率和弧矢曲率如圖4所示，兩條曲線均為平滑的曲線，且曲線斜率變化平緩，未出現(xiàn)拐點(diǎn)。因此該非球面具有良好的可加工性。

圖4 非球面子午曲率和弧矢曲率曲線圖Fig.4 Curves of tangential and sagittal curvature of aspheric surfaces

3.1.2 波前探測(cè)系統(tǒng)分析

進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的系統(tǒng)進(jìn)行像質(zhì)評(píng)價(jià)，主縮束系統(tǒng)的像面上追跡光線點(diǎn)列圖如圖5(a)所示，光斑的RMS半徑優(yōu)于4.3 μm；波前傳感器像面足跡圖如圖5(b)所示；給出0視場(chǎng)和半視場(chǎng)的波前圖，如圖5(c)（彩圖見期刊電子版）所示，PV值優(yōu)于0.032 0λ，RMS值優(yōu)于0.008 9λ。系統(tǒng)具有較好的成像質(zhì)量。

圖5 主縮束系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.5 Image quality evaluation results of the main beam compression system

3.2 光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于變形鏡(DM)進(jìn)行光束校正的微小調(diào)整傾角為±3'，因此所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)視場(chǎng)為±3'。考慮到探測(cè)相機(jī)靶面尺寸的限制，為滿足大多數(shù)探測(cè)相機(jī)靶面尺寸的需求，假設(shè)最小靶面尺寸為1/2英寸，應(yīng)用參考文獻(xiàn)[15]中的無限遠(yuǎn)像高公式計(jì)算系統(tǒng)的等效焦距約為5 500 mm。光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)的焦距fa=5 500/β=500 mm。

光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)由主縮束光學(xué)系統(tǒng)和光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)組成，配合探測(cè)相機(jī)對(duì)光束的光束質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量與評(píng)價(jià)，最終設(shè)計(jì)筒長為80.000 mm，光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如表3所示。給出0視場(chǎng)和半視場(chǎng)的波前圖，如圖6（彩圖見期刊電子版）所示。PV值優(yōu)于0.008 3λ，RMS值優(yōu)于0.001 5λ。2D圖如圖7所示。

表3 光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)透鏡數(shù)據(jù)Tab.3 Lens data of beam quality detection subsystem

圖6 光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)波像差Fig.6 Wavefront aberration of the beam quality detection subsystem

圖7 光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)2D圖Fig.7 2D diagram of the beam quality detection subsystem

3.2.2 光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)分析

將主縮束系統(tǒng)和光束質(zhì)量探測(cè)子系統(tǒng)按照光瞳銜接原則配合，并分析其像質(zhì)。系統(tǒng)光路圖如圖8所示。

對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行像質(zhì)分析，點(diǎn)列圖如圖9(a)所示，光斑的RMS半徑優(yōu)于6.614 μm。MTF調(diào)制傳遞函數(shù)曲線如圖9(b)（彩圖見期刊電子版）所示，各視場(chǎng)MTF曲線接近衍射極限，0視場(chǎng)和半視場(chǎng)波像差如圖9(c)（彩圖見期刊電子版）所示，PV值優(yōu)于0.073 7λ，滿足像質(zhì)評(píng)價(jià)要求。過于嚴(yán)格會(huì)增加加工裝調(diào)的要求，導(dǎo)致成本提高，還可能使成像質(zhì)量不穩(wěn)定，公差過于寬松可能會(huì)使成像質(zhì)量變得很差?？傊?，公差分配不合理會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的性能缺陷，所以合理分配公差對(duì)于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)來說非常重要。

圖8 光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)2D圖Fig.8 2D diagram of the beam quality detection system

對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)完成的光學(xué)系統(tǒng)來說，公差情況如何是評(píng)價(jià)這個(gè)系統(tǒng)可行性的重要因素，公差

圖9 光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.9 Evaluation results of the image quality of the beam quality detection system

根據(jù)元件加工標(biāo)準(zhǔn)，給定公差數(shù)據(jù)，光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)公差數(shù)據(jù)如表4所示，1 000次蒙地卡羅統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果分別如表5所示。

由公差分析結(jié)果可知：90%波像差優(yōu)于1/4λ，98%波像差接近1/4λ，滿足波像差設(shè)計(jì)要求。

表4 光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)的公差數(shù)據(jù)Tab.4 Tolerance data of beam quality detection system

表5 光束質(zhì)量探測(cè)系統(tǒng)的1 000次蒙特卡羅分析結(jié)果Tab.5 1 000 Monte Carlo statistical analysis results of the beam quality detection system

3.3 光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1 光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)由主縮束光學(xué)系統(tǒng)和光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)組成，配合探測(cè)相機(jī)對(duì)光束的均勻性進(jìn)行測(cè)量與評(píng)價(jià)，因此，既要求出瞳距大于零以滿足探測(cè)相機(jī)的光斑接收，又要使其與主縮束系統(tǒng)的光瞳銜接。由于探測(cè)相機(jī)靶面尺寸的限制，系統(tǒng)縮束倍率為4.5倍，采用開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)。初始采用3片式鏡組，但與主縮束系統(tǒng)配合后，像差疊加，像質(zhì)降低嚴(yán)重。通過優(yōu)化最終系統(tǒng)物鏡組采用2片式，目鏡組采用3片式。光學(xué)筒長為145.716 mm，出瞳距為32.198 mm，光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)如表6所示。給出0視場(chǎng)和半視場(chǎng)的波前圖，如圖10（彩圖見期刊電子版）所示，PV值優(yōu)于0.012 3λ，RMS值優(yōu)于0.003 2λ。2D圖如圖11所示。

表6 光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)透鏡數(shù)據(jù)Tab.6 Lens data of the beam uniformity detection subsystem

圖10 光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)波像差Fig.10 Wavefront aberration of the beam uniformity detection subsystem

圖11 光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)2D圖Fig.11 2D diagram of beam uniformity detection subsystem

3.3.2 光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)分析

將主縮束系統(tǒng)和光束均勻性探測(cè)子系統(tǒng)按照光瞳銜接原則組合，采用在光學(xué)系統(tǒng)的末端加上理想透鏡的方式，使光束匯聚于像面，再分析光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。系統(tǒng)光路圖如圖12所示。

圖12 光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)加入理想透鏡2D圖Fig.12 2D diagram of the beam uniformity detection system with an ideal lens

對(duì)組合后的光學(xué)系統(tǒng)做像質(zhì)分析，點(diǎn)列圖如圖13(a)所示，光斑的RMS半徑優(yōu)于4.414 μm。MTF調(diào)制傳遞函數(shù)曲線如圖13(b)（彩圖見期刊電子版）所示，各視場(chǎng)的函數(shù)曲線與衍射極限重合，波像差如圖13(c)（彩圖見期刊電子版）所示，PV值優(yōu)于0.068 6λ，滿足像質(zhì)評(píng)價(jià)要求。

圖13 光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)像質(zhì)分析Fig.13 Evaluation of the image quality of the beam uniformity detection system

根據(jù)元件加工標(biāo)準(zhǔn)，光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)公差數(shù)據(jù)如表7所示，1 000次蒙地卡羅統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表8所示。

由公差分析結(jié)果可知，波像差優(yōu)于1/4λ，滿足波像差設(shè)計(jì)要求。

表7 光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)公差數(shù)據(jù)Tab.7 Tolerance data of the beam uniformity detection system

表8 光束均勻性探測(cè)系統(tǒng)1 000次蒙特卡羅分析結(jié)果Tab.8 1 000 Monte Carlo statistical analysis results of the beam uniformity detection system

4 測(cè)量實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

基于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，搭建了矩形大口徑激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量的同時(shí)，有效地布局了安裝位置，使系統(tǒng)光機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。如圖14(a)和14(b)所示，系統(tǒng)的整體尺寸為347.4 mm×148.5 mm×218.0 mm（長×寬×高），滿足技術(shù)指標(biāo)要求。哈特曼傳感器相機(jī)測(cè)量光斑圖像如圖15所示，光束質(zhì)量探測(cè)相機(jī)接收的圖像如圖16所示，光束均勻性探測(cè)相機(jī)接收的圖像如圖17所示。

圖14 矩形大口徑近紅外激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)Fig.14 Beam quality evaluation system of the large rectangular aperture near-infrared laser

圖16的光束質(zhì)量因子β優(yōu)于1.24倍衍射極限。所涉及的光束質(zhì)量β因子的計(jì)算應(yīng)滿足式(2)：

圖15 哈特曼傳感器光斑陣列圖像Fig.15 Spot array image of Hartmann sensor

圖16 光束質(zhì)量的探測(cè)圖像Fig.16 Detection image of the beam quality

圖17 光束均勻性的探測(cè)圖像Fig.17 Detection image of the beam uniformity

式中：A與ADL分別表示當(dāng)桶中功率(PIB)=81.9%時(shí)，實(shí)際光束和理想光束對(duì)應(yīng)的光斑面積[17]，且對(duì)于長方形光斑。其面積ADL的求解如式(3)所示：

式中：Dx與Dy分別表示所測(cè)量近場(chǎng)光斑的寬度和高度[18]。

應(yīng)用參考文獻(xiàn)[19]中的光斑光強(qiáng)計(jì)算公式計(jì)算圖17中光斑光強(qiáng)均勻度為73.8%。

5 結(jié) 論

針對(duì)在探測(cè)系統(tǒng)整體尺寸為350 mm×180 mm×220 mm(長×寬×高)的條件下，實(shí)現(xiàn)板條激光器輸出160 mm×120 mm矩形光束多參數(shù)的檢測(cè)問題。本文根據(jù)探測(cè)口徑、筒長限制等的技術(shù)要求，利用雙高斯的初始結(jié)構(gòu)消像差特點(diǎn)，結(jié)合非球面技術(shù)，采用大倍率光束壓縮后分光探測(cè)的設(shè)計(jì)方案，并基于攝遠(yuǎn)成像以及共軛成像原理，在滿足物像共軛、尺寸約束等條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)160 mm×120 mm矩形光束的共軛波前探測(cè)、光強(qiáng)均勻度檢測(cè)和光束質(zhì)量評(píng)估。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得被測(cè)光束β因子為1.24倍衍射極限，光束均勻度為73.8%，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。