阅读说明：本技术 一种光子飞行稳定系统 (Photon flight stabilizing system ) 是由 李涛 李国强 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光子飞行稳定系统,该系统用于对飞秒激光器的激光波前进行幅度调制,其包括波前快速调节镜,位置敏感元件和信号处理系统,所述波前快速调节镜构成光子飞行稳定系统的核心空间的第一空间,所述位置敏感元件位于核心空间的第二空间,所述波前快速调节镜由信号处理系统控制,所述信号处理系统向波前快速调节镜发送相位控制信号,该信号引导波前快速调节镜对激光束进行幅度调制,波前快速调节镜可以在任意方向上偏转,所述信号处理系统给出偏转方向。本发明所公开的光子飞行稳定系统可以精确控制光子飞行的稳定性,制作简单,有利于降低成本。(The invention discloses a photon flight stabilizing system, which is used for amplitude modulation of laser wavefront of a femtosecond laser and comprises a wavefront rapid adjusting mirror, a position sensitive element and a signal processing system, wherein the wavefront rapid adjusting mirror forms a first space of a core space of the photon flight stabilizing system, the position sensitive element is positioned in a second space of the core space, the wavefront rapid adjusting mirror is controlled by the signal processing system, the signal processing system sends a phase control signal to the wavefront rapid adjusting mirror, the signal guides the wavefront rapid adjusting mirror to carry out amplitude modulation on laser beams, the wavefront rapid adjusting mirror can deflect in any direction, and the signal processing system gives out a deflection direction. The photon flight stabilizing system disclosed by the invention can accurately control the stability of photon flight, is simple to manufacture and is beneficial to reducing the cost.)

一种光子飞行稳定系统

技术领域

本发明涉及光束控制领域，特别涉及一种光子飞行稳定系统。

背景技术

随着加工领域的快速发展，传统“宏”机械制造技术已不能满足这些“微”机械和“微”系统的高精度制造和装配加工要求，必须研究和应用微纳制造的技术与方法。微纳制造技术是微传感器、微执行器、微结构和功能微纳系统制造的基本手段和重要基础。

飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。以军工、航空航天行业为代表的先进制造技术不断向小型化、高精度化方向发展，对激光系统各项指标、微纳零件制备平台等方面的整体精度指标提出了更高的要求。特别是在微纳制造领域，因其加工器件为微米甚至纳米级，因此对光束的稳定性要求很高。

由于飞秒激光具有持续时间短及高脉冲功率密度的特性，使其可以精密加工。为完成高精度装备功能微纳结构制造难题及其所需配套设备的研制，需要提高对装备的精度的要求。因对精度具有很高的要求，因此需要激光光束具有很高的幅度稳定性。目前的飞秒激光光束很难控制飞行的稳定性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光子飞行稳定系统，以达到精确控制光子飞行稳定的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光子飞行稳定系统，该系统用于对飞秒激光器的激光波前进行幅度调制，其包括波前快速调节镜，位置敏感元件和信号处理系统，所述波前快速调节镜构成光子飞行稳定系统的核心空间的第一空间，所述位置敏感元件位于核心空间的第二空间，所述波前快速调节镜由信号处理系统控制，所述信号处理系统向波前快速调节镜发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜对激光束进行幅度调制，波前快速调节镜可以在任意方向上偏转，所述信号处理系统给出偏转方向。

上述方案中，所述波前快速调节镜具有三维曲面结构，该三维曲面结构为三维曲面或三维椭圆曲面，所述三维曲面由以下公式描述：

其中，x为三维曲面在坐标轴横轴的分布，y为三维曲面在坐标轴纵轴的分布，z为三维曲面在坐标轴z轴的分布，a、b、c为分布系数。

上述方案中，所述位置敏感元件具有三维凹曲面结构，所述三维凹曲面由以下公式描述：

或者由以下公式描述：

其中，x为三维凹曲面在坐标轴x轴的分布，y为三维凹曲面在坐标轴y轴的分布，z为三维凹曲面在坐标轴z轴的分布，a、b、c为分布系数。

上述方案中，所述位置敏感元件系统检测光束偏转幅度，幅度信号传输到信号处理系统。

上述方案中，所述相位控制信号由计算机通过光束偏转稳定系统的前置状态进行计算，该相位控制信号幅度计算公式为：

其中，θ_n为第n时刻相位控制信号幅度，θ_n-1为第n-1时刻相位控制信号幅度，α_n-1为第n-1时刻波前快速调节镜轴向夹角，x₁、x₂、x₃为比例系数，μ和ν为误差。

通过上述技术方案，本发明提供的光子飞行稳定系统通过位置敏感元件检测光斑位置信息，并将位置信息传输给信号处理系统，信号处理系统向波前快速调节镜发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜对激光束进行幅度调制输出。本发明的光束指向稳定系统组成简单，可以在现有器件装置的基础上，实现光束的调整，达到对光子飞行稳定性的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种光子飞行稳定系统组成示意图。

图中，1、波前快速调节镜；2、位置敏感元件；3、信号处理系统；4、光源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种光子飞行稳定系统，如图1所示的结构，该系统用于对飞秒激光器的激光波前进行幅度调制，其包括波前快速调节镜1，位置敏感元件2和信号处理系统3，波前快速调节镜1构成光子飞行稳定系统的核心空间的第一空间，位置敏感元件2位于核心空间的第二空间，波前快速调节镜1由信号处理系统3控制，信号处理系统3向波前快速调节镜1发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜1对激光束进行幅度调制，波前快速调节镜1可以在任意方向上偏转，信号处理系统3给出偏转方向。波前快速调节镜1位于光源4和位置敏感元件2之间。

波前快速调节镜1具有三维曲面结构，该三维曲面结构为三维曲面或三维椭圆曲面，三维曲面由以下公式描述：

其中，x为三维曲面在坐标轴横轴的分布，y为三维曲面在坐标轴纵轴的分布，z为三维曲面在坐标轴z轴的分布，a、b、c为分布系数。

位置敏感元件2具有三维凹曲面结构，三维凹曲面由以下公式描述：

或者由以下公式描述：

其中，x为三维凹曲面在坐标轴x轴的分布，y为三维凹曲面在坐标轴y轴的分布，z为三维凹曲面在坐标轴z轴的分布，a、b、c为分布系数。

位置敏感元件2系统检测光束偏转幅度，幅度信号传输到信号处理系统3。

相位控制信号由计算机通过光束偏转稳定系统的前置状态进行计算，该相位控制信号幅度计算公式为：

其中，θ_n为第n时刻相位控制信号幅度，θ_n-1为第n-1时刻相位控制信号幅度，α_n-1为第n-1时刻波前快速调节镜1轴向夹角，x₁、x₂、x₃为比例系数，μ和v为误差。

位置敏感元件2检测光斑位置信息，并将位置信息传输给信号处理系统3，信号处理系统3向波前快速调节镜1发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜1对激光束进行幅度调制输出。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。