一种基于数字全息技术的光束净化方法以及固体激光器

摘要

本发明提供一种基于数字全息的光束净化方法以及固体激光器，固体激光器包括：第一偏振分束棱镜，对一信标光进行反射，输出信标光的反射光；多个激光放大级，对信标光的反射光进行放大，输出带有相位畸变信息的放大光；第二偏振分束棱镜，用于对带有相位畸变信息的放大光进行反射，输出反射光；CCD，用于投射所述反射光以及一参考光，并对反射光以及参考光进行干涉，得到数字全息图像；空间光调制器，在一出射光的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共轭相位分布特性的本振光；第二偏振分束棱镜、多个激光放大级、第一偏振分束棱镜。本发明无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适合高功率固体激光器中的应用。

说明书

技术领域

本发明关于激光器技术领域，特别是关于固体激光器的光束净化技术，具体的讲是一 种基于数字全息技术的光束净化方法以及固体激光器。

背景技术

近年来，高亮度固体激光技术取得了重大突破，其具有结构紧凑、体积小巧、电力驱 动、无污染、成本低廉、连续发射能力强等诸多优势，并在工业加工、国防军事和科学研 究等领域有非常广泛的应用需求。

当前，单增益模块的高光束质量固体激光器的功率水平在数千瓦量级，即使采用主振 荡-功率放大结构技术，单口径近衍射极限输出的固体激光链路平均功率也只能达到数十千 瓦量级。

哈特曼波前传感-变形镜波前校正是成熟的激光波前校正技术，通过实时连续测定激 光出射波前的相位畸变，作为波前校正器的变形镜提供控制信号，进而提高发射激光光束 质量。

但是现有技术中的激光波前校正技术均用到变形镜、倾斜镜等，由于变形镜、倾斜镜 的像元较大，分辨率低，填充因子低，对高阶波前畸变的校正效果较差。

发明内容

为了解决现有技术中的激光波前校正技术均用到变形镜、倾斜镜等，由于变形镜、倾 斜镜的像元较大，分辨率低，填充因子低，对高阶波前畸变的校正效果较差的难题，本发 明提供了一种基于数字全息技术的光束净化方法以及固体激光器，利用偏振分束棱镜、多 个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差带来的畸变并通过 CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调制器上，通过出射光 照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高质量的激光输出，无 需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适合高功率激光系统 中的应用。

本发明的目的之一是，提供了一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器，所述的 固体激光器包括：第一偏振分束棱镜，用于对一信标光进行反射，输出所述信标光的反射 光；多个激光放大级，用于对所述信标光的反射光进行放大，输出带有相位畸变信息的放 大光；第二偏振分束棱镜，用于对带有相位畸变信息的放大光进行反射，输出反射光；图 像传感器CCD，用于投射所述反射光以及一参考光，并对所述的反射光以及参考光进行干 涉，得到数字全息图像；所述的空间光调制器，用于在一出射光的照射下根据所述的数字 全息图像输出带有共轭相位分布特性的本振光；第二偏振分束棱镜，用于对所述的带有共 轭相位分布特性的本振光进行透射；多个激光放大级，用于对所述第二偏振分束棱镜透射 后的本振光进行放大，输出放大光；第一偏振分束棱镜，用于对放大光进行透射后输出。

优选的，所述的固体激光器还包括：激光器，用于输出激光束；耦合器，与所述的激 光器相连接，用于将所述的激光束分光为一信标光和一参考光。

优选的，所述的耦合器为光纤耦合器。

优选的，所述信标光和参考光的偏振方向垂直于纸面。

优选的，所述的固体激光器还包括：主振荡激光器，用于输出一出射光。

优选的，所述出射光的偏振方向平行于纸面。

优选的，设所述参考光与CCD的夹角为第一夹角，所述出射光与空间光调制器的夹 角为第二夹角，则所述的第一夹角与第二夹角度数相同。

优选的，所述的多个激光放大级的个数为1个或2个或4个或6个。

优选的，所述的固体激光器还包括：控制机，用于获取所述的数字全息图像，并将所 述的数字全息图像发送至空间光调制器。

本发明的目的之一是，提供了一种基于数字全息技术的光束净化方法，所述的方法包 括：第一偏振分束棱镜对一信标光进行反射，输出所述信标光的反射光；多个激光放大级 对所述信标光的反射光进行放大，输出带有相位畸变信息的放大光；第二偏振分束棱镜对 带有相位畸变信息的放大光进行反射，输出反射光；图像传感器CCD投射所述反射光以 及一参考光，并对所述的反射光以及参考光进行干涉，得到数字全息图像；空间光调制器 在一出射光的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共轭相位分布特性的本振光；第二 偏振分束棱镜对所述的带有共轭相位分布特性的本振光进行透射；多个激光放大级对所述 第二偏振分束棱镜透射后的本振光进行放大，输出放大光；第一偏振分束棱镜对放大光进 行透射，输出光束净化后的光束。

优选的，所述的方法还包括：激光器输出激光束；耦合器将所述的激光束分光为一信 标光和一参考光。

优选的，所述的耦合器为光纤耦合器。

优选的，所述信标光和参考光的偏振方向垂直于纸面。

优选的，所述的方法还包括：主振荡激光器输出一出射光。

优选的，所述出射光的偏振方向平行于纸面。

优选的，设所述参考光与CCD的夹角为第一夹角，所述出射光与空间光调制器的夹 角为第二夹角，则所述的第一夹角与第二夹角度数相同。

优选的，所述的多个激光放大级的个数为1个或2个或4个或6个。

优选的，所述的方法还包括：控制机获取所述的数字全息图像，并将所述的数字全息 图像发送至空间光调制器。

本发明的有益效果在于，提供了一种基于数字全息技术的光束净化方法以及固体激光 器，利用偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系 统误差带来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空 间光调制器上，通过主振荡激光器照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级 放大后得到高质量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸 变和热损伤，适合高功率激光系统中的应用。采用“数字记录-光学再现”的数字全息方法， 提高了数字全息记录和再现速度，适合自适应光学应用。用CCD进行数字全息图采集， 具有快速、实时、全视场的特点，和传统的哈特曼波前传感器采集波前数据相比，分辨率 大大提高，从而可以精确探测出高阶波前畸变。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并 配合所附图式，作详细说明如下。

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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式一的流 程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式二的流 程图；

图3为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式三的流 程图；

图4为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式四的流 程图；

图5为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的实施方式 一的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的实施方式 一的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的实施方式 一的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的实施方式 一的结构示意图。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

本发明针对现有技术中的激光波前校正技术均用到变形镜、倾斜镜等，由于变形镜、 倾斜镜的像元较大，分辨率低，填充因子低，对高阶波前畸变的校正效果较差的难题，提 供了一种基于数字全息技术的光束净化方法以及固体激光器，利用偏振分束棱镜、多个激 光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差带来的畸变并通过CCD 记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调制器上，通过出射光照射 得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高质量的激光输出，无需对 强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适合高功率激光系统中的 应用。

图5为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的结构框 图，由图5可知，在实施方式一中，所述的固体激光器包括：

第一偏振分束棱镜100，用于对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

多个激光放大级200，用于对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信 息的放大光R₄；

第二偏振分束棱镜300，用于对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光 R₅；

图像传感器CCD400，用于投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光 R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。

空间光调制器500，用于在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共 轭相位分布特性的本振光R₈；

第二偏振分束棱镜300，用于对所述的带有共轭相位分布特性的本振光R₈进行透射；

多个激光放大级200，用于对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输 出放大光R₁₀；

第一偏振分束棱镜100，用于对放大光R₁₀进行透射后输出，得到R₁₁。此处的R₁₁为 经过光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的固体激光器，利用第一、第二 偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差带 来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调制 器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高质 量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适 合高功率激光系统中的应用。

图6为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的结构框 图，由图6可知，在实施方式二中，所述的固体激光器包括：

激光器600，用于输出激光束R₁；

耦合器700，与所述的激光器600相连接，用于将所述的激光束R₁分光为一信标光 R₂和一参考光R₆。在具体的实施方式中，所述的耦合器为光纤耦合器。所述信标光R₂和 参考光R₆的偏振方向垂直于纸面。

第一偏振分束棱镜100，用于对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

多个激光放大级200，用于对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信 息的放大光R₄；

第二偏振分束棱镜300，用于对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光 R₅；

图像传感器CCD400，用于投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光 R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。具体到本发明，信标光R₂被第一偏振分束棱镜反射后携带激光放大 级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光R₆干涉并在相机上记录下数字全 息图。

空间光调制器500，用于在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出本振光 R₈；

第二偏振分束棱镜300，用于对所述的本振光R₈进行透射；

多个激光放大级200，用于对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输 出带有共轭项相位分布特性的放大光R₁₀；

第一偏振分束棱镜100，用于对带有共轭项相位分布特性的放大光R₁₀进行透射后输 出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经过光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的固体激光器，利用第一、第二 偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差带 来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调制 器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高质 量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适 合高功率激光系统中的应用。

图7为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的结构框 图，由图7可知，在实施方式三中，所述的固体激光器包括：

激光器600，用于输出激光束R₁；

耦合器700，与所述的激光器600相连接，用于将所述的激光束R₁分光为一信标光 R₂和一参考光R₆。在具体的实施方式中，所述的耦合器为光纤耦合器。所述信标光R₂和 参考光R₆的偏振方向垂直于纸面。

第一偏振分束棱镜100，用于对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

多个激光放大级200，用于对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信 息的放大光R₄；

第二偏振分束棱镜300，用于对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光 R₅；

图像传感器CCD400，用于投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光 R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。具体到本发明，信标光R₂被第一偏振分束棱镜反射后携带激光放大 级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光R₆干涉并在相机上记录下数字全 息图。

主振荡激光器800，用于输出一出射光R₇。所述出射光的偏振方向平行于纸面。

空间光调制器500，用于在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出本振光 R₈；

第二偏振分束棱镜300，用于对所述的本振光R₈进行透射；

多个激光放大级200，用于对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输 出带有共轭项相位分布特性的放大光R₁₀；

第一偏振分束棱镜100，用于对带有共轭项相位分布特性的放大光R₁₀进行透射后输 出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经过光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的固体激光器，利用第一、第二 偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差带 来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调制 器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高质 量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适 合高功率激光系统中的应用。

图8为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化固体激光器的结构框 图，由图8可知，在实施方式四中，所述的固体激光器包括：

激光器600，用于输出激光束R₁；

耦合器700，与所述的激光器600相连接，用于将所述的激光束R₁分光为一信标光 R₂和一参考光R₆。在具体的实施方式中，所述的耦合器为光纤耦合器。所述信标光R₂和 参考光R₆的偏振方向垂直于纸面。

第一偏振分束棱镜100，用于对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

多个激光放大级200，用于对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信 息的放大光R₄；

第二偏振分束棱镜300，用于对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光 R₅；

图像传感器CCD400，用于投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光 R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。具体到本发明，信标光R₂被第一偏振分束棱镜反射后携带激光放大 级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光R₆干涉并在相机上记录下数字全 息图。

控制机900，用于获取所述的数字全息图像，并将所述的数字全息图像发送至空间光 调制器。

主振荡激光器800，用于输出一出射光R₇。所述出射光的偏振方向平行于纸面。

空间光调制器500，用于在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出本振光 R₈；

第二偏振分束棱镜300，用于对所述的本振光R₈进行透射；

多个激光放大级200，用于对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输 出带有共轭项相位分布特性的放大光R₁₀；

第一偏振分束棱镜100，用于对带有共轭项相位分布特性的放大光R₁₀进行透射后输 出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经过光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

将数字全息图像加载到空间光调制器上，用主振荡激光器出射光R₇(偏振方向平行于 纸面，在偏振分束棱镜上透射)照明再现全息图，利用其再现出的共轭项相位分布为-Ф 的特性，作为本振光从右向左注入放大级中，经逐级放大后得到高质量的激光输出。设所 述参考光与CCD的夹角为第一夹角，所述出射光与空间光调制器的夹角为第二夹角，则 所述的第一夹角与第二夹角度数相同。在具体的实施方式中，所述的多个激光放大级的个 数为1个或2个或4个或6个

在该方案中信标光输入功率要足够小以保证不影响激光放大级正常工作。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的固体激光器，信标光(偏振方 向垂直于纸面，在偏振分束棱镜上反射)被分为两路，其中信标光被第一偏振分束棱镜反 射后携带激光放大级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光干涉并在相机 上记录下数字全息图；将数字全息图加载到空间光调制器上，用主振荡激光器出射光(偏 振方向平行于纸面，在偏振分束棱镜上透射)照明再现全息图，利用其再现出的共轭项相 位分布为-Ф的特性，作为本振光从右向左注入放大级中，经逐级放大后得到高质量的激光 输出。

图1为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式一的流 程图，由图1可知，在实施方式一中，所述的方法包括：

S101：第一偏振分束棱镜对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

S102：多个激光放大级对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信息的 放大光R₄；

S103：第二偏振分束棱镜对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光R₅；

S104：图像传感器CCD投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。

S105：空间光调制器在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共轭相 位分布特性的本振光R₈；

S106：第二偏振分束棱镜对所述的带有共轭相位分布特性的本振光R₈进行透射；

S107：多个激光放大级200对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输 出放大光R₁₀；

S108：第一偏振分束棱镜对的放大光R₁₀进行透射后输出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经 过光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法，利用第一、第 二偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差 带来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调 制器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高 质量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤， 适合高功率激光系统中的应用。

图2为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式二的流 程图，由图2可知，在实施方式二中，所述的方法包括：

S201：激光器输出激光束R₁；

S202：耦合器将所述的激光束R₁分光为一信标光R₂和一参考光R₆。在具体的实施方 式中，所述的耦合器为光纤耦合器。所述信标光R₂和参考光R₆的偏振方向垂直于纸面。

S203：第一偏振分束棱镜100对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

S204：多个激光放大级200对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信 息的放大光R₄；

S205：第二偏振分束棱镜对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光R₅；

S206：图像传感器CCD投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。具体到本发明，信标光R₂被第一偏振分束棱镜反射后携带激光放大 级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光R₆干涉并在相机上记录下数字全 息图。

S207：空间光调制器在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共轭相 位分布特性的本振光R₈；

S208：第二偏振分束棱镜对所述的带有共轭相位分布特性的本振光R₈进行透射；

S209：多个激光放大级对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输出放 大光R₁₀；

S210：第一偏振分束棱镜对放大光R₁₀进行透射后输出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经过 光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法，利用第一、第 二偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差 带来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调 制器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高 质量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤， 适合高功率激光系统中的应用。

图3为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式三的流 程图，由图3可知，在实施方式三中，所述的方法包括：

S301：激光器输出激光束R₁；

S302：耦合器将所述的激光束R₁分光为一信标光R₂和一参考光R₆。在具体的实施方 式中，所述的耦合器为光纤耦合器。所述信标光R₂和参考光R₆的偏振方向垂直于纸面。

S303：第一偏振分束棱镜对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

S304：多个激光放大级对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信息的 放大光R₄；

S305：第二偏振分束棱镜对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光R₅；

S306：图像传感器CCD投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。具体到本发明，信标光R₂被第一偏振分束棱镜反射后携带激光放大 级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光R₆干涉并在相机上记录下数字全 息图。

S307：主振荡激光器输出一出射光R₇。所述出射光的偏振方向平行于纸面。

S308：空间光调制器在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共轭相 位分布特性的本振光R₈；

S309：第二偏振分束棱镜对所述的带有共轭相位分布特性的本振光R₈进行透射；

S310：多个激光放大级对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输出放 大光R₁₀；

S311：第一偏振分束棱镜对放大光R₁₀进行透射后输出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经过 光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法，利用第一、第 二偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、系统误差 带来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到空间光调 制器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大后得到高 质量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤， 适合高功率激光系统中的应用。

图4为本发明实施例提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法的实施方式四的流 程图，由图4可知，在实施方式四中，所述的方法包括：

S401：激光器输出激光束R₁；

S402：耦合器将所述的激光束R₁分光为一信标光R₂和一参考光R₆。在具体的实施方 式中，所述的耦合器为光纤耦合器。所述信标光R₂和参考光R₆的偏振方向垂直于纸面。

S403：第一偏振分束棱镜对一信标光R₂进行反射，输出所述信标光的反射光R₃；

S404：多个激光放大级对所述信标光的反射光R₃进行放大，输出带有相位畸变信息的 放大光R₄；

S405：第二偏振分束棱镜对带有相位畸变信息的放大光R₄进行反射，输出反射光R₅；

S406：图像传感器CCD投射所述反射光R₅以及一参考光R₆，并对所述的反射光R₅以及参考光R₆进行干涉，得到数字全息图像。

数字全息技术是传统光学全息术、计算机技术及光电探测技术相结合的产物，具有快 速、实时、全视场和定量相衬成像的优势。数字全息自适应光学技术属于数字全息技术的 最新的应用领域之一。具体到本发明，信标光R₂被第一偏振分束棱镜反射后携带激光放大 级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光R₆干涉并在相机上记录下数字全 息图。

S407：控制机获取所述的数字全息图像，并将所述的数字全息图像发送至空间光调制 器。

S408：主振荡激光器输出一出射光R₇。所述出射光的偏振方向平行于纸面。

S409：空间光调制器在一出射光R₇的照射下根据所述的数字全息图像输出带有共轭相 位分布特性的本振光R₈；

S410：第二偏振分束棱镜对所述的带有共轭相位分布特性的本振光R₈进行透射；

S411：多个激光放大级对所述第二偏振分束棱镜透射后的本振光R₉进行放大，输出放 大光R₁₀；

S412：第一偏振分束棱镜对放大光R₁₀进行透射后输出，得到R₁₁。此处的R₁₁为经过 光束净化后输出的光束，实现高质量激光输出。

将数字全息图像加载到空间光调制器上，用主振荡激光器出射光R₇(偏振方向平行于 纸面，在偏振分束棱镜上透射)照明再现全息图，利用其再现出的共轭项相位分布为-Ф 的特性，作为本振光从右向左注入放大级中，经逐级放大后得到高质量的激光输出。设所 述参考光与CCD的夹角为第一夹角，所述出射光与空间光调制器的夹角为第二夹角，则 所述的第一夹角与第二夹角度数相同。在具体的实施方式中，所述的多个激光放大级的个 数为1个或2个或4个或6个

在该方案中信标光输入功率要足够小以保证不影响激光放大级正常工作。

如上所述，即为本发明提供的一种基于数字全息技术的光束净化方法，信标光(偏振 方向垂直于纸面，在偏振分束棱镜上反射)被分为两路，其中信标光被第一偏振分束棱镜 反射后携带激光放大级中相位畸变信息Ф被第二偏振分束棱镜反射，和参考光干涉并在相 机上记录下数字全息图；将数字全息图加载到空间光调制器上，用主振荡激光器出射光(偏 振方向平行于纸面，在偏振分束棱镜上透射)照明再现全息图，利用其再现出的共轭项相 位分布为-Ф的特性，作为本振光从右向左注入放大级中，经逐级放大后得到高质量的激光 输出。

下面结合具体的实施方式，详细介绍本发明的技术方案。本发明主要研究用数字全息 的方法，通过在本振加放大(MOPA)激光系统中，利用探测光获得激光放大级中由于激 光介质热透镜效应、系统误差带来的畸变并记录在全息图中，随后将该数字全息图加载到 透射式振幅型液晶空间光调制器上，用本振激光器出射光照射得到的共轭再现光作为本振 光进入放大级，经逐级放大后得到高质量的激光输出。

在具体的实施方式中，二极管泵浦Nd：YAG激光器，单脉冲能量300mJ，重频200Hz， 脉冲宽度10ns，光学设计按照本方案实施，使用Thorlabs CCD，像素数4.65μm*4.65μm， 像素数1280*1024；Reallight液晶空间光调制器，像素数1024*768，像素尺寸18μm。激 光器经过光束净化后输出波前RMS小于三分之波长，实现高质量激光输出。

综上所述，本发明提供了一种基于数字全息技术的光束净化方法以及固体激光器，利 用第一、第二偏振分束棱镜、多个激光放大级获得激光放大级中由于激光介质热透镜效应、 系统误差带来的畸变并通过CCD记录在数字全息图像中，随后将该数字全息图像加载到 空间光调制器上，通过出射光照射得到的共轭再现光作为本振光进入放大级，经逐级放大 后得到高质量的激光输出，无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和 热损伤，适合高功率激光系统中的应用。

本发明的有益效果在于：

1.用CCD进行数字全息图采集，具有快速、实时、全视场的特点，和传统的哈特曼 波前传感器采集波前数据相比，分辨率大大提高，从而可以精确探测出高阶波前畸变。

2.用振幅型透射式液晶空间光调制器，其分辨率高，校正精度高，可以矫正高阶波前 畸变，形成高质量激光输出。

3.采用“数字记录-光学再现”的数字全息方法，提高了数字全息记录和再现速度， 适合自适应光学应用。

4.该方案中无需对强激光波前进行相位控制，避免了光学元件的热畸变和热损伤，适 合高功率激光系统中的应用。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计 算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中， 该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、 光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access  Memory，RAM)等。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来 实现取决于特定的应用和整个固体激光器的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定 的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例 保护的范围。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依 据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。