安泰电压放大器在纳秒固体板条激光器光束净化实验中的应用-电子发烧友网

实验名称：高功率纳秒固体板条激光器光束净化实验

测试设备：电压放大器、波前传感器、倾斜镜、变形镜、激光器等。

实验过程：

图1：混合式光束净化系统原理示意图

混合式自适应光束净化系统实验装置图如图1所示，其主要由四部分组成：第一部分为高平均功率、高重复频率的纳秒板条激光器；第二部分为低阶像差自动校正系统，此系统中采用四片式的光学结构，是三片式校正系统的优化结果。四片透镜各自独立的安装于间隔调整系统中，间隔调整系统根据H-S测量的像差信息在波前处理器的控制下，自动调整透镜的空气间隔，以满足大幅值低阶像差校正以及光束尺寸匹配的要求；第三部分为AO校正系统，此系统为有波前探测的AO系统，主要由倾斜镜(TTM)、变形镜(DM)、电压放大器、波前处理器以及波前传感器组成。倾斜镜用于校正光束的整体倾斜像差，能够有效释放DM驱动器的行程，并且保证出射光束的指向，实验中采用的TTM行程为±3′。DM用于产生入射波前的共轭波前面型，经其反射后出射光束的波前像差能够得到良好的校正，混合式自适应光束净化系统中采用的DM为59单元连续面型的变形镜，驱动器行程能够达到±3μm。

图2：混合式光束净化系统工作流程图

混合式光束净化系统的工作流程图如图2所示，首先，H-S1对板条激光器出射光束的初始像差信息进行测量，并反馈给波前处理器，波前处理器驱动低阶像差自动校正系统工作，采用直接校正策略，将四片透镜移动到满足低阶像差校正以及尺寸匹配的位置，对工作点处的大幅值低阶像差成分进行初步校正。之后H-S2对经过LOAC系统校正后的波前信息进行测量，并将残余像差的斜率信息反馈给波前处理器，由波前处理器进行判断。当残余像差的波前PV值≥4μm时，驱动低阶像差自动校正系统工作，并采用调整校正策略解决工作点处像差变动的问题；当残余像差的波前PV值<4μm时，波前处理器将H-S2反馈的斜率信息，转换为电压信号，发送给电压放大器，使其产生TTM与DM的工作电压，最终驱动DM产生相应的面型，从而实现残余像差的精细校正。经过上述两步校正的净化系统后，出射光束能够达到近衍射极限的光束质量。

实验结果：

图3：经低阶像差校正的出射光束相关参数。(a)光束波前信息(μm)，PV=1.91μm，RMS=0.29μm；(b)远场强度分布，β=2.86

经过LOAC系统进行低阶像差校正后的波前信息与远场强度分布信息可如图3所示。其中(a)图为仅经LOAC系统校正后出射光束的波前信息，波前PV值从26.47μm减小到1.91μm，RMS值从6.12μm减小到0.29μm。校正后的远场强度分布可由图(b)所示，经校正后光束质量β因子能够从18.42倍衍射极限提升到2.86倍衍射极限，光束质量得到了显著的提升。

图4：经LOAC系统校正后各项Legendre多项式的系数

图4中给出了仅经LOAC系统校正后出射光束各项Legendre多项式的系数，其中表征离焦和像散像差的第4项和第6项系数明显减小，经LOAC系统校正后出射光束中的低阶像差成分得到了有效的校正，且其残余像差成分主要为高阶像差。其中构成球差项(11项、13项和15项)中的11项、13项系数较小，表明经过优化后，四片式的结构能够起到抑制自身球差的效果。而第15项、21项、28项系数的增加主要是由于波前成“M”形突变导致的。波前“M”形的变形，为固体板条激光器较为常见的波前畸变，残余像差的面型与之前的实验基本一致。