光束质量实时监测装置及其应用方法制造方法及图纸

本申请公开了一种光束质量实时监测装置及其应用方法，涉及光束质量监测，本申请提供用于将一路待测光束（1）分为多路分支光束的光学平板（2），多个用于将不同分支光束进行汇聚的聚焦透镜（3），多个与聚焦透镜（3）一一对应的用于采集不同分支光束不同离焦量的光斑分布的监测模块（4），聚焦透镜（3）位于在光学平板（2）与对应的监测模块（4）之间

【技术实现步骤摘要】
光束质量实时监测装置及其应用方法


[0001]本申请涉及光束质量监测领域，具体涉及一种光束质量实时监测装置及其应用方法
。

技术介绍

[0002]按照国际标准
ISO 11146
的要求，基于激光光束宽度分布曲线拟合获取激光光束质量
M2的测量方法，需要在光束束腰前后至少三倍瑞利长度的范围不低于
10
个不同位置获取待测光束的光斑分布
。
传统方法一般通过多次改变聚焦透镜与光斑分布监测模块的相对位置来实现
。
其中光斑分布监测模块可以选择
CMOS
传感器（
CMOS
为
Complementary Metal Oxide Semiconductor
互补金属氧化物半导体的缩写），也可以选择
CCD
传感器（
CCD
为
Charge CoupledDevice
电荷耦合器件的缩写）
。
这种方法因为需要多次改变位置，无法同时实现不同位置的光斑分布的一次性采集，测量耗时长，导致无法实现光束质量
M2的实时监测，无法适应待测光束持续出光时间短或者需要对待测光束的光束质量进行较高频率动态监控的应用场合的需求
。
[0003]其他方法如专利
CN 109115466 A
，需要先前后移动
CCD
，寻找光斑焦点，再进行两次光斑测量才能获取光束质量
M2，无法实时监测光束质量
M2。
[0004]其他方法如专利
CN1800794A
基于平板法
M2因子实时测量的装置，包括两块不同反射率的平板与
CCD
组成的多平面成像装置，且上平板反射率为
95%
，下平板反射率为
100%
；平板与入射光的角度为
45
°
，在
95%
反射率的上平板上侧设置
CCD
靶面读取透射光斑数据
。
当待测光束在汇聚的状态下入射穿过平板时，汇聚光束在平板间传播时会因光斑不同位置的光程差异，导致多次反射后的入射到
CCD
的光斑存在较大像差，且该像差与入射光斑直径
、
入射角度相关联，难以消除
。
因此基于测量系统引入较大像差的光斑数据拟合计算的
M2会出现严重的误差
。
[0005]因此，本申请考虑一种光束质量实时监测装置，来高效快速准确地获得光束质量
M2，以满足待测光束持续出光时间短或者需要对待测光束的光束质量进行较高频率动态监控的应用场合的需求
。

技术实现思路

[0006]本申请一种光束质量实时监测装置，解决现有方法光束质量
M2测量时间长
、
无法实时监测光束质量
M2变化，或测试误差大的问题
。
[0007]第一方面，本申请提供一种光束质量实时监测装置，包括：用于将一路待测光束分为多路分支光束的光学平板，多个用于将不同分支光束进行汇聚的聚焦透镜，多个与聚焦透镜一一对应的用于采集不同分支光束汇聚光斑分布的监测模块，聚焦透镜位于在光学平板与对应的监测模块之间
。
[0008]进一步的，光学平板的两个反射平面至少有一个平面的法线方向相对于待测光束入射方向呈非零度倾角，使得待测光束经光学平板的两个表面多次反射后分为多路分支光
束折射出光学平板
。
[0009]进一步的，根据待测光束的光斑直径，通过设置光学平板的两个反射平面的法线方向与待测光束入射方向的倾角
、
待测光束入射位置的光学平板的厚度，使多路分支光束在入射至对应的聚焦透镜时，相互之间不重叠
。
[0010]进一步的，所有聚焦透镜采用消像差设计，所有聚焦透镜参数均一致，具有相同的焦距，且各聚焦透镜与对应监测模块之间的间距可调，各聚焦透镜与对应监测模块之间的间距值不同，所述间距值至少覆盖待测光束聚焦后光腰位置正负三倍瑞利长度的范围，各监测模块接收不同离焦量的光斑分布
。
[0011]进一步的，聚焦透镜以及对应监测模块的数量至少为十个
。
[0012]进一步的，在待测光束与光学平板之间设置的衰减片
A
，实现对待测光束的能量衰减
。
[0013]进一步的，在光学平板与监测模块之间设置的衰减片
B
，实现对待测光束的多路分支光束的能量衰减
。
[0014]进一步的，对于两个反射平面相互平行的光学平板，该装置测量最大待测光束直径
D0为：其中，其中，
θ1为两个反射表面的法线与待测光束入射方向的倾角角度，
θ2为待测光束在光学平板内的折射角角度，
n1为光学平板外介质的折射率，
n2为光学平板折射率
。
[0015]第二方面，本申请提供一种光束质量实时监测装置的应用方法，基于第一方面任一所述的一种光束质量实时监测装置进行质量分布实时监测的方法步骤为：顺序设置光学平板
、
聚焦透镜和监测模块，再将待测光束从光学平板一侧入射，调整聚焦透镜和监测模块之间的间距值，对于不同的分支光束设置不同的间距值，依据监测模块同一时刻接收的待测光束的多个分支光束的不同离焦量的光斑分布，计算光束宽度，通过拟合不同间距值的光束宽度曲线，求出待测光束的实时光束质量
。
[0016]本申请提供的一种光束质量实时监测装置及其应用方法，运用一整块光学平板实现实现多路分光，监测多路光束，实时监测光束质量，并且待测光束以较小角度入射，减少装置实际占用空间
。
待测光束出射光学平板后，再通过聚焦透镜 将待测光束汇聚，测量误差小
。
本申请提供光束质量实时监测装置的应用方法及具体设置步骤，通过同一时刻接收的待测光束的多个分支光束的不同离焦量的光斑分布，求出待测光束的实时光束质量
。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请实施例的限定
。
在附图中：图1为本申请一示例性实施例提供的一种光束质量实时监测装置及光路示意图
。
[0018]图2为本申请一示例性实施例提供的又一种光束质量实时监测装置及光路示意
图
。
[0019]图3为本申请一示例性实施例提供的还一种光束质量实时监测装置的光路局部示意图
。
[0020]图中：
1、
待测光束；
2、
光学平板；
3、
聚焦透镜；
4、
监测模块；
5、
衰减片
A
；
6、
衰减片
B。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光束质量实时监测装置，其特征在于，包括：用于将一路待测光束（1）分为多路分支光束的光学平板（2），多个用于将不同分支光束进行汇聚的聚焦透镜（3），多个与聚焦透镜（3）一一对应的用于采集不同分支光束不同离焦量的光斑分布的监测模块（4），聚焦透镜（3）位于在光学平板（2）与对应的监测模块（4）之间
。2.
根据权利要求1所述的一种光束质量实时监测装置，其特征在于，光学平板（2）的两个反射平面至少有一个平面的法线方向相对于待测光束（1）入射方向呈非零度倾角，使得待测光束（1）经光学平板（2）的两个表面多次反射后分为多路分支光束折射出光学平板（2）
。3.
根据权利要求1所述的一种光束质量实时监测装置，其特征在于，根据待测光束（1）的光斑直径，通过设置光学平板（2）的两个反射平面的法线方向与待测光束（1）入射方向的倾角
、
待测光束（1）入射位置的光学平板（2）的厚度，使多路分支光束在入射至对应的聚焦透镜（3）时，相互之间不重叠
。4.
根据权利要求1所述的一种光束质量实时监测装置，其特征在于，所有聚焦透镜（3）采用消像差设计，所有聚焦透镜（3）参数均一致，具有相同的焦距
。5.
根据权利要求1所述的一种光束质量实时监测装置，其特征在于，各聚焦透镜（3）与对应监测模块（4）之间的间距可调，各聚焦透镜（3）与对应监测模块（4）之间的间距值不同，所述间距值至少覆盖待测光束（1）聚焦后光腰位置正负三倍瑞利长度的范围，各监测模块（4）接收不同离焦量的光斑分布
。6.
根据权利要求1所述的一种光束质量实时监测装置，其特征在于，聚焦透镜（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帅，唐选，赵磊，刘子奇，
申请(专利权)人：四川中久大光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：