本发明专利技术涉及超连续谱光源光束质量的测量技术，提供一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置和方法。测量装置包括光谱仪、反射镜、宽波段分光棱镜、近场面阵CCD、远场面阵CCD和用于处理测量信息的计算机。测量方法包括：使用光谱仪对超连续谱光源的光谱进行测量，根据测量结果求得光谱重心；使用面阵CCD对近场光场分布以及远场光场分布进行测量，求得近场光斑半径与远场发散角；构造理想高斯基模光束，计算SC-M2因子，使用SC-M2因子对超连续谱光源光束质量进行评价。本发明专利技术可以对宽光谱超连续谱光源的光束质量进行整体评价，而不是仅仅对光源中某些光谱成分的光束质量进行评价与测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超连续谱光源光束质量的测量技术，尤其是一种使用光谱重心对超连续谱光源光束质量进行测量的方法。
技术介绍
光束质量是激光应用技术中极为重要的参数，它是从质的方面评价激光特性的性能指标，对激光器的设计、制造、检测和应用等均具有十分重要的指导意义。目前已经有很多的方法对激光的光束质量进行评价，如M2因子、桶中功率、斯特列尔比等[冯国英，周寿桓，“激光光束质量综合评价的探讨，”中国激光，2009,36,1643-1653]，其中M2因子定义为实际光束的光斑半径与其远场发散角的乘积与理想高斯基模光束的相应乘积之比，桶中功率为远场平面内实际光束在某一固定半径的桶内的功率与该光源总功率的比值，斯特列尔比定义为实际光束峰值功率与理想光束峰值功率的比值。针对这些方法也有相应的光束质量测量装置对其进行测量(如专利号ZL 200620039036.1和200510030096.7的专利所述)。但是这些方法与测量装置仅适用于传统的准单色窄带光谱激光光源。超连续谱光源是一种新型的宽谱光源，具有传统激光相干性好、亮度高、方向性好等优点，同时也具有很宽的光谱(通常大于I THZ)。由于超连续谱光源的宽谱特性，前面介绍的传统激光光束质量的评价方法与测量装置并不适合对超连续谱光源的光束质量进行评价与测量。目前对超连续谱光源光束质量进行评价所采取的主要方法是使用滤波的方法(如窄带滤波片)将超连续谱光源中的光谱成分滤出，对滤出的窄带光使用传统光束质量测量装置进行测量[X.Chenan, X.Zhao, M.N.1slam, F.L.Terry, M.J.Freeman, A.ZakeI, andJ.Mauricio, 10.5ff Time-Averaged Power Mid-1R Supercontinuum GenerationExtending Beyond 4 μ m With Direct Pulse Pattern Modulation, IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics, 2009，15，422-434],并没有对超连续谱光源的整体光束质量进行测量，这样就不能反映整个光源的特性，失去其整体作为新型的宽光谱光源的价值。除此之外，研究人员也对产生超连续谱光源的重要非线性介质光子晶体光纤的光束质量进行了研究，但这一方法同样也是针对单一波长进行的，并不能反映通过光子晶体光纤产生的超连续谱光源的整体光束质量[Y.Vidne and M.Rosenbluh， Spatialmodes in a PCF fiber generated continuum, Opt.Express, 2005，13，9721-9728]。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置及方法，采用该装置及方法可以将超连续谱光源作为一个整体对其光束质量进行评价与测量，而不是对其光束质量进行分波长的测量。本专利技术的原理是:首先使用光谱仪对超连续谱光源的光谱进行测量，根据测量结果求得光谱分布的一阶矩即光谱重心。使用面阵CCD对超连续谱光束的近场光场分布以及远场光场分布进行测量，由测量结果使用二阶矩方法求得近场光斑半径与远场发散角。将光谱重心处的理想高斯基模光束作为参考光束，计算测得的超连续谱光束参数积(beamparameter product,记作BPP,即其近场光斑半径与远场发散角的乘积)与参考光束的光束参数积的比值，定义该比值为SC-M2因子(SC: supercontinuum,超连续谱),使用该值对超连续谱光源光束质量进行评价。本专利技术具体采用的技术方案是:一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置，包括光谱仪、反射镜、宽波段分光棱镜、近场面阵CCD、远场面阵CCD和用于处理测量信息的计算机；所述光谱仪用于测量所述超连续谱光源的光谱；所述超连续谱光源输出的超连续谱光束经反射镜进行准直扩束，再经过宽波段分光棱镜进行分光得到反射光束和透射光束，所述反射光束由近场面阵CXD测量近场光场分布，所述透射光束由远场面阵CXD测量远场光场分布，所述远场面阵CCD距离所述反射镜的距离大于所述超连续谱光源光束的瑞利距离；所述计算机根据所述超连续谱光源的光谱、所述近场光场分布和所述远场光场分布计算得到测量结果。优选地，所述远场面阵CCD距离所述反射镜的距离为所述超连续谱光源光束的瑞利距离的10倍。优选地,所述光谱仪的光谱测量范围包括整个所述超连续谱光源的光谱范围。优选地，所述反射镜为镀金膜的离轴抛物面反射镜。本专利技术还提供一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量方法，包括以下步骤:S1.使用光谱仪对所述超连续谱光源的光谱进行测量，然后根据测量结果计算光谱分布的一阶矩，得到光谱重心；S2.分别使用面阵CXD对超连续谱光束的近场光场分布以及远场光场分布进行测量，对测量结果分别采用二阶矩方法计算得到近场光斑半径和远场发散角，然后计算所述超连续谱光束的光束参数积；S3.以步骤SI得到的光谱重心为波长构造理想高斯基模光束，计算所述理想高斯基模光束的光束参数积；S4.将步骤S2得到的超连续谱光束的的光束参数积除以步骤S3得到的理想高斯基模光束的光束参数积的结果作为用于评价所述超连续谱光源的光束质量的评价因子，对所述超连续谱光源的光束质量进行评价。优选地，所述步骤S4中对所述超连续谱光源的光束质量进行评价的步骤包括:根据所述评价因子与I进行比较，评价因子接近I的光束为质量好的光束。优选地，所述步骤S2中分别使用面阵C⑶对超连续谱光束的近场光场分布以及远场光场分布进行测量的步骤包括:S21.将超连续谱光源输出的超连续谱光束经过反射镜进行准直扩束；S22.再通过宽波段分光棱镜进行分光得到反射光束和透射光束；S23.对步骤S22得到的反射光束采用近场面阵CXD测量近场光场分布，并且对所述透射光束采用远场面阵CCD测量远场光场分布，所述远场面阵CCD距离所述反射镜的距离大于所述超连续谱光源光束的瑞利距离。优选地，所述步骤S23中远场面阵CXD距离所述反射镜的距离为所述超连续谱光束的瑞利距离的10倍。优选地，所述步骤SI中光谱仪的光谱测量范围包括整个所述超连续谱光源的光谱范围。优选地，所述步骤S2中的反射镜为镀金膜的离轴抛物面反射镜。本专利技术可以达到以下技术效果:对超连续谱光源光谱的测量计算其光谱重心，以光谱重心为中心波长构建高斯基模光束作为参考光束，通过对超连续谱光源近场束宽及远场发散角的测量，可对宽光谱超连续谱光源的光束质量进行整体评价，而不是仅仅对光源中某些光谱成分的光束质量进行评价与测量。附图说明图1为超连续谱光源光谱测量示意图；图2为本专利技术·测量装置实施例的结构示意图；图3为本专利技术测量方法的流程图；图4是本专利技术测量方法实施例中测量近场光场分布和远场光场分布的流程图。具体实施例方式图1所示为超连续谱光源光谱测量示意图，图中超连续谱输出端I输出的超连续谱由光谱仪2接收并对其光谱进行测量。测量过程中根据光谱仪2的性能选择分辨率，并且其光谱测量范围应覆盖整个超连续谱光源的光谱范围，一般为从所测光谱最大值对应的波长与小于该最大值60dB的值对应的波长之间的范围。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置，其特征在于：包括光谱仪（2）、反射镜（3）、宽波段分光棱镜（4）、近场面阵CCD（5）、远场面阵CCD（6）和用于处理测量信息的计算机（7）；所述光谱仪（2）用于测量所述超连续谱光源的光谱；所述超连续谱光源输出的超连续谱光束经反射镜（3）进行准直扩束，再经过宽波段分光棱镜（4）进行分光得到反射光束和透射光束，所述反射光束由近场面阵CCD（5）测量近场光场分布，所述透射光束由远场面阵CCD（6）测量远场光场分布；所述远场面阵CCD（6）距离所述反射镜（3）的距离大于所述超连续谱光源光束的瑞利距离；所述计算机（7）根据所述超连续谱光源的光谱、所述近场光场分布和所述远场光场分布计算得到测量结果。
【技术特征摘要】
1.一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置，其特征在于:包括光谱仪(2)、反射镜(3)、宽波段分光棱镜(4)、近场面阵CXD (5)、远场面阵CXD (6)和用于处理测量信息的计算机(7);所述光谱仪(2)用于测量所述超连续谱光源的光谱；所述超连续谱光源输出的超连续谱光束经反射镜(3)进行准直扩束，再经过宽波段分光棱镜(4)进行分光得到反射光束和透射光束，所述反射光束由近场面阵(XD (5)测量近场光场分布，所述透射光束由远场面阵CXD (6)测量远场光场分布；所述远场面阵CXD (6)距离所述反射镜(3)的距离大于所述超连续谱光源光束的瑞利距离；所述计算机(7)根据所述超连续谱光源的光谱、所述近场光场分布和所 述远场光场分布计算得到测量结果。2.根据权利要求1所述的用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置，其特征在于:所述远场面阵CCD (6)距离所述反射镜(3)的距离为所述超连续谱光源光束的瑞利距离的10倍。3.根据权利要求1或2所述的用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置，其特征在于:所述光谱仪(2)的光谱测量范围包括整个所述超连续谱光源的光谱范围。4.根据权利要求1或2所述的用于测量超连续谱光源光束质量的测量装置，其特征在于:所述反射镜(3)为镀金膜的离轴抛物面反射镜。5.一种用于测量超连续谱光源光束质量的测量方法，其特征在于包括以下步骤: 51.使用光谱仪对所述超连续谱光源的光谱进行测量，然后根据测量结果计算光谱分布的一阶矩，得到光谱重心； 52.分别使用面阵CCD对超连续谱光束的近场光场分布以及远场光场分布进行测量，对测量结果分别采用二阶矩方法计算得到近场光斑半径和远场发散角，然后计算所述超连续谱光束的光束参...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳爱军，侯静，张斌，陈胜平，王泽锋，刘文广，姜宗福，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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