激光光束质量测量装置制造方法及图纸

一种激光光束质量测量装置，包括聚焦透镜、衰减片、采集光斑的ＣＣＤ和带有高速采集卡的计算机，其特点是所述的衰减片是一漫散射板，在所述的聚焦透镜和漫散射板之间有一分光器件，该分光器件由与光路成４５°平行放置在光路中的第一平板和第二平板构成，该第一平板和第二平板有一错位ｍ，第一平板的内表面的反射率为１００％，第二平板内表面的反射率的取值范围为９０％～９９％，第二平板的外表面镀有增透膜。本实用新型专利技术可以对重复率、高能激光器的光束质量进行准确的测量，它既能对高斯光束进行测量，又能对非高斯光束的光束质量用桶中功率比的方法评价，本实用新型专利技术还具有结构简单、实用和稳定的特点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及激光，特别是一种激光光束质量测量装置，实用于重复率、高能激光器的光束质量测量。
技术介绍
在激光光束质量的测量评价方法中，对高斯光束的M2因子评价方法是目前非常有用和常见的一种光束质量评价方法 对于非高斯光束一般是采用桶中功率比的方法评价PIB=∫-bb|E(r,z)|2dr∫-∞+∞|E(r,z)|2dr]]>基于上述方法的激光光束质量测量装置有很多，针对脉冲激光光束质量的测量装置目前比较典型的有下面几种一是传统的光束质量测量装置。参见图6，通过一段时间不断移动CCD采集透镜聚焦后在光束束腰两倍瑞利距离内不同位置上的光斑能量分布，用多项式拟和方法得到高斯光束质量评价参数。这是目前激光光束质量中比较成熟的测量技术，这种测量脉冲激光光束质量的在先技术参见.Appl.Opt，1993，31(24)4907～4909]。具体的产品可以参见SPIRICON公司的LBA7XXPC系列的光束质量测量仪。这种方法主要用于能量较低的连续激光器的高斯光束光束质量的测量。而且只能测量在时间上相对稳定的激光光束质量。不能做到对脉冲激光光束质量的瞬时测量。二是基于偏心菲涅尔光栅的光束质量测量装置。参见图7，通过用两块正交的偏心光栅在靶面上得到9束相互之间光程不同的激光光束的光斑图样。在运用上面高斯光束的评价方法评价被测激光的光束质量。在先技术参见，这种测量方法的问题就是由于光栅分光后所引入较大的象差和不能正面接受光斑所造成的接收到的光斑能量分布失真；其失真图样可参照图8。除此之外，因为光栅的能量破坏阈值比较低，对高能激光不能直接进行分光。
技术实现思路
本技术的目的就是要解决上述在先技术不能对脉冲激光光束做到瞬时测量，在大能量激光光束质量的测量上存在着一定的困难的问题，提供一种激光光束质量测量装置，它应既能对高斯光束进行测量，又能对非高斯光束的光束质量用桶中功率比的方法评价，本技术还应具有结构简单、实用和稳定的特点。本技术的技术解决方案如下一种激光光束质量测量装置，包括聚焦透镜、衰减片、采集光斑的CCD和带有高速采集卡的计算机，其特征是所述的衰减片是一漫散射板，在所述的聚焦透镜和漫散射板之间有一分光器件，该分光器件由与光路成45°平行放置在光路中的第一平板和第二平板构成，该第一平板和第二平板有一错位m，为叙述方便，在这里，我们将所述的分光器件的两平板相邻的两个表面称为内表面，其中第一平板的内表面的反射率为100％，第二平板内表面的反射率的取值范围为90％～99％，第二平板的外表面镀有增透膜，第一平板和第二平板的位置满足如下关系d＜m＜2h×tanαL≥10×d其中d为经该分光器件后的出射光在漫散射板上的两相邻光斑之间的距离，d＞被测光斑在焦斑处束腰大小的倍；m为两平板之间的错位；h为两平板之间的距离；α为被测光束对第一平板的入射角；L为平板的长度。所述的聚焦透镜为长焦距的聚焦透镜。所述的第一平板和第二平板也可有有一微小楔角γ，但该γ值的取值范围为0°～1°。所述的漫散射板主要是用来对分光后的光束成像得到被测激光的光斑，然后再采用所述的带有镜头的CCD对漫散射板上的光斑成像采集。若被测激光光束能量较小时，可采用适当的衰减片替代漫散射板，用所述的CCD(不带镜头)来采集通过衰减片后的光束光斑图样。所述的计算机要带有高速采集卡，能对脉冲光束得光斑进行瞬时采集。采集的光斑图样通过计算机处理后得到被测激光光束质量。具体的计算如下 通过图像处理后得到每个光斑的能量分布，采用多项式拟和的方法得到激光的光束质量。处理方法如下将CCD定标，确定CCD采集的光斑的灰度值与光强的关系，分别用CCD采集的被测光束的光斑图样，使分离后的每个图片中只有一个光斑，再根据定标得到的光斑灰度值与光强的关系，得到每个光斑的能量分布，定义光束传播的方向为z轴，以每个光斑中心为原点的光斑图样平面为xy平面。针对不同的情况计算如下对于高斯光束，定义光斑的束腰半径为D，其值通过下面公式求解σx2=∫∫(x-x‾)2E(x,y,z)dxdy∫∫E(x,y,z)dxdy]]>σy2=∫∫(y-y‾)2E(x,y,z)dxdy∫∫E(x,y,z)dxdy]]>其中x‾=∫∫xE(x,y,z)dxdy∫∫E(x,y,z)dxdy]]>y‾=∫∫yE(x,y,z)dxdy∫∫E(x,y,z)dxdy]]>用二阶距法表示x和y方向上的束腰半径Dx和Dy为Dx＝4σx(z)Dy＝4σy(z)光束束腰的多项式拟和方法将上面处理得到不少于10组的z与Dx，Dy值代入下面的一组公式，Dx2=Ax+Bxz+Cxz2]]>Dy2=Ay+Byz+Cyz2]]>通过计算可以得到上面方程组的系数Ax、Bx、Cx，Ay、By、Cy，实际光束的束腰位置和束腰宽度以及光束质量因子Mx2，My2。Z0x=Bx2Cx,Z0y=By2Cy]]>D0x=Ax-Bx2Cx,D0y=Ay-By2Cy]]> Mx2=4πD0xDxzλ,My2=4πD0yDyzλ]]>其中Dx，Dy为z距离处的光斑束宽。对于非高斯光束，桶中功率比定义为PIB=∫-bb|E(r,z)|2dr∫-∞+∞|E(r,z)|2dr]]>在实际工程中采用β参数表征光束质量，其值由下面公式求得β=AmA0]]>其中，Am，A0分别为当PIB＝86.5％时实际焦斑处实际光束和理想光束所对应的面积。本技术将采集所得的每个光斑通过上式求得对应的β参数值，然后利用上面的光束束腰的多项式拟和方法得到焦斑处的β参数值。本技术的优点是1、在本技术中，采用两块镀有不同反射率的平板进行分光，并对分光后得到的靶面光斑用CCD采集，最后通过计算机进行多项式拟和的方法实现了对脉冲和单次激光器的光束质量瞬时准确测量。2、在本技术中，由于采用的是两块镀有不同反射率的平板进行分光，使得该装置对光束能量的要求不是很高——不存在光栅分光所存在的光强破坏的阈值问题。能实现对大能量激光器光束质量进行测量。3、在本技术中，由于最后得到的是焦点或光束束腰附近2倍瑞利距离内的多个光斑，通过多项式拟和，可以得到焦斑处的光斑能量分布，本装置可以利用光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光束质量测量装置，包括聚焦透镜（１）、衰减片（５）、采集光斑的ＣＣＤ（６）和带有高速采集卡（７）的计算机（８），其特征是所述的衰减片（５）是一漫散射板，在聚焦透镜（１）和漫散射板（５）之间有一分光器件（２），该分光器件（２）由与光路成４５°平行放置在光路中的第一平板（３）和第二平板（４）构成，该第一平板（３）和第二平板（４）有一错位ｍ，其中第一平板（３）的内表面的反射率为１００％，第二平板（４）内表面的反射率的取值范围为９０％～９９％，第二平板（４）的外表面镀有增透膜，第一平板（３）和第二平板（４）的位置满足如下关系：　　　　ｄ＜ｍ＜２ｈ×ｔａｎα　　　　Ｌ≥１０×ｄ　　　　其中：ｄ为经该分光器件（２）后的出射光在漫散射板（５）上的两相邻光斑之间的距离，ｄ＞被测光斑在焦斑处束腰大小的＊倍；　　　　ｍ为两平板之间的错位；　　　　ｈ为两平板之间的距离；　　　　α为被测光束对第一平板（３）的入射角；　　　　Ｌ为平板的长度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于永爱，唐前进，张玲玲，胡企铨，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]