實驗名稱：高功率納秒固體板條激光器光束淨化實驗

　　測試設備：電壓放大器、波前傳感器、傾斜鏡、變形鏡、激光器等。

　　實驗過程：

　　圖1：混合式光束淨化系統原理示意圖

　　混合式自适应光束净化系统實驗装置图如图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)、電壓放大器、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，實驗中采用的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。

　　圖2：混合式光束淨化系統工作流程圖

　　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，转换为電壓信号，发送给電壓放大器，使其产生TTM与DM的工作電壓，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。

　　實驗結果：

　　圖3：經低階像差校正的出射光束相關參數。(a)光束波前信息(μm)，PV=1.91μm，RMS=0.29μm；(b)遠場強度分布，β=2.86

　　經過LOAC系統進行低階像差校正後的波前信息與遠場強度分布信息可如圖3所示。其中(a)圖爲僅經LOAC系統校正後出射光束的波前信息，波前PV值從26.47μm減小到1.91μm，RMS值從6.12μm減小到0.29μm。校正後的遠場強度分布可由圖(b)所示，經校正後光束質量β因子能夠從18.42倍衍射極限提升到2.86倍衍射極限，光束質量得到了顯著的提升。

　　圖4：經LOAC系統校正後各項Legendre多項式的系數

　　圖4中給出了僅經LOAC系統校正後出射光束各項Legendre多項式的系數，其中表征離焦和像散像差的第4項和第6項系數明顯減�。�經LOAC系統校正後出射光束中的低階像差成分得到了有效的校正，且其殘余像差成分主要爲高階像差。其中構成球差項(11項、13項和15項)中的11項、13項系數較�。�表明經過優化後，四片式的結構能夠起到抑制自身球差的效果。而第15項、21項、28項系數的增加主要是由于波前成“M”形突變導致的。波前“M”形的變形，爲固體板條激光器較爲常見的波前畸變，殘余像差的面型與之前的實驗基本一致。

　　圖5：校正前後近場光斑強度分布。(a)校正前；(b)校正後

　　經過上述對波前信息的分析，表明低階像差成分得到了有效的校正，因此還需對近場光斑形態的變動情況進行分析，測量結果如圖5所示。

　　校正前入射光束的近場強度分布如圖(a)所示，其光束尺寸爲7mm×35mm，光斑形態呈寬高比爲1：5的長條形。經過LOAC系統進行尺寸變換後的近場強度分布如圖(b)所示，其光束尺寸爲42mm×44mm，光斑形態變換爲寬高比近似1：1的正方形。經其校正後，滿足了後續應用中對光束尺寸匹配的要求。

　　實驗結果表明，經LOAC系統校正後，初始入射光束中的大幅值低階像差成分和光斑形態寬高比較小的問題得到了同時的解決。

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　　圖：ATA-2081高壓放大器指標參數

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