校正高功率激光器M制造技术

本发明专利技术公开了一种校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置及方法，沿光路依次设置标准平晶、功率衰减平行平板、第一楔板反射镜、第二楔板反射镜、分光镜、波前探测器和动态干涉仪；第二楔板反射镜设置于第一楔板反射镜的反射光路上；分光镜设置于第二楔板反射镜的反射光路上；波前探测器设置于分光镜的透射光路上，动态干涉仪设置于分光镜的反射光路上。装置中标准平晶、功率衰减平行平板、第一楔板反射镜、第二楔板反射镜、分光镜上均镀有特定反射率的膜。本发明专利技术可以对高功率激光器M2测量系统中光学元件热形变带来的M2误差进行测量和去除，同时保证测量过程的高速，在高精度的测量中实现光束质量M2的动态测量。

Correction of high power laser M

The invention discloses a device and method for correcting the thermal deformation of a high power laser M2 measurement system. A standard flat crystal, a power attenuated parallel plate, a first wedge-plate reflector, a second wedge reflector, a splitter, a wavefront detector and a dynamic interferometer are arranged along the optical path, and the second wedge reflector is set on the first wedge. The mirror is reflected in the light path; the spectroscope is set on the reflective light path of the second wedge reflector; the wavefront detector is set on the transmission light path of the optical splitter, and the dynamic interferometer is set on the reflective light path of the optical splitter. The standard flat crystal, the power attenuation parallel plate, the first wedge reflector, the second wedge reflector and the spectroscope are all coated with a specific reflectivity film. The invention can measure and remove the M2 error caused by the thermal deformation of the optical elements in the high power laser M2 measurement system. At the same time, it can ensure the high speed of the measurement process and realize the dynamic measurement of the beam quality M2 in the high precision measurement.

【技术实现步骤摘要】
校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置及方法
本专利技术涉及高功率激光器测量领域，具体涉及校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置及方法。
技术介绍
近年来激光技术不断进步，高功率激光器发展迅猛，并迅速应用于工业和军事等领域。在制造工业中，它可以作为高强度光源，用于切割、打孔、焊接等。在军事领域可用于车载、舰载激光武器，也可作为激光武器的信标光源，并且在光电对抗、激光制导和激光诱导核聚变等领域也有广泛应用。为衡量激光光束优劣，要对激光光束质量进行评价，用以指导激光器生产和提供应用参考。针对不同的激光应用，历史上科学家提出了各种各样的评价参数，比如：光束质量因子M2，斯特列尔比，桶中功率，衍射极限因子β等。由于光束质量M2因子同时涵盖了激光的近场及远场特性，相较其它定义方式，其已广泛被国际光学界所承认，并由ISO国际标准化组织予以推荐。对激光光束质量因子M2的测量，科学家们提出了各种各样的方法。有需要一定测量时间的CCD多位置测量法、刀口法、液体透镜法等，也有许多动态的测量方法，比如波前分析法，模式分解法，法布里-珀罗腔法等。但在高功率激光器光束质量因子M2的测量过程中，测试光路中的光学元件会由于激光照射产生热形变，进而带来波前畸变，这使得采用需要一定测量时间的方法的计算结果必然有一定的误差，动态测量的方法又不能充分表明高功率激光器本身的光束质量。因此，对于高功率激光器的实时准确测量应更多考虑采用动态测量的方法，同时，需要对动态测量中光学元件热形变对光束质量因子M2的影响进行测量计算并去除。波前分析法是一种基于波前探测器的动态测量光束质量的方法，由波前探测器复原待测激光复振幅，进而获取待测激光的波前和波前，光束质量因子M2利用角谱理论进行计算，且计算过程严格按照ISO11146国际标准。对于光学元件受激光照射热形变的影响，采用动态干涉仪进行测量，通过动态干涉仪实时获取测试光路中的波前畸变，再经过分析计算，可以获得测试光路中热形变带来的光束质量因子M2测量误差，以及校正后的光束质量因子M2。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置及方法，可以得到光学元件热形变带来的激光光束质量因子M2测量误差，并对M2动态测量的结果进行校正，可对M2实时精确测量，提高M2测量精度与速度。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，包括标准平晶、功率衰减平行平板、光功率计、第一楔板反射镜、第二楔板反射镜、第一收光器、分光镜、波前探测器和动态干涉仪；沿光路依次设置标准平晶、功率衰减平行平板、第一楔板反射镜、第二楔板反射镜、分光镜、波前探测器和动态干涉仪；光功率计设置于功率衰减平行平板的反射光路上；第一楔板反射镜设置于功率衰减平行平板的透射光路上，第二楔板反射镜设置于第一楔板反射镜的反射光路上，第一收光器设置于第一楔板反射镜的透射光路上；分光镜设置于第二楔板反射镜的反射光路上；经分光镜滤光，波前探测器设置于分光镜的透射光路上，动态干涉仪设置于分光镜的反射光路上。一种基于校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置的测量方法，方法步骤如下：步骤1、被测激光束垂直入射到标准平晶，经过标准平晶后透射入射到功率衰减平行平板；被测激光光束入射到功率衰减平行平板后，分成反射光路和透射光路，反射光入射到光功率计，透射光入射到第一楔板反射镜；被测激光光束入射到第一楔板反射镜后，分成反射光路和透射光路，透射光入射到第一收光器，反射光入射到第二楔板反射镜；被测激光光束入射到第二楔板反射镜后，反射光入射到分光镜；被测激光光束入射到分光镜后，透射光入射到波前探测器。步骤2、按照步骤1中被测激光在分光镜处的反射光路的反方向，动态干涉仪出射的光束入射到分光镜；动态干涉仪的光束入射到分光镜后，反射光入射到第二楔板反射镜；动态干涉仪的光束入射到第二楔板反射镜后，反射光入射到第一楔板反射镜；动态干涉仪的光束入射到第一楔板反射镜后，反射光入射到功率衰减平行平板；动态干涉仪的光束入射到功率衰减平行平板后，透射光入射到标准平晶；动态干涉仪的光束入射到标准平晶后，在标准平晶靠近激光源的一面反射，光路原路返回，再依次透射经过标准平晶、功率衰减平行平板，反射经过第一楔板反射镜、第二楔板反射镜、分光镜，最后光路返回到动态干涉仪中。一种基于校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置的测量方法，方法步骤如下：步骤A、被测激光束垂直入射到标准平晶，标准平晶的前表面反射光原路返回激光器，后表面反射光经前表面透射到第二收光器，透射光束入射到功率衰减平行平板；被测激光光束入射到功率衰减平行平板后，分成反射光路和透射光路，反射光入射到光功率计，透射光入射到第一楔板反射镜；被测激光光束入射到第一楔板反射镜后，分成反射光路和透射光路，透射光入射到第一收光器，反射光入射到第二楔板反射镜；被测激光光束入射到第二楔板反射镜后，反射光入射到分光镜；被测激光光束入射到分光镜后，透射光入射到波前探测器；步骤B、按照步骤1中被测激光在分光镜处的反射光路的反方向，动态干涉仪出射的光束入射到分光镜；动态干涉仪的光束入射到分光镜后，反射光入射到第二楔板反射镜；动态干涉仪的光束入射到第二楔板反射镜后，反射光入射到第一楔板反射镜；动态干涉仪的光束入射到第一楔板反射镜后，反射光入射到功率衰减平行平板。动态干涉仪的光束入射到功率衰减平行平板后，透射光入射到标准平晶；动态干涉仪的光束入射到标准平晶后，在标准平晶靠近激光源的一面反射，光路原路返回，再依次透射经过标准平晶、功率衰减平行平板，反射经过第一楔板反射镜、第二楔板反射镜、分光镜，最后光路返回到动态干涉仪中。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)实现了高功率激光器光束质量因子M2动态测量，并对测试光路中光学元件热形变引起的波前畸变实时获取，并得到其带来的M2测量误差。(2)实现了可校正热形变影响的光束质量因子M2动态测量，对基于波前探测器的光束质量动态测量法的测量结果进行校正。(3)实现了对高功率激光器高精度光束质量动态测量，可实时检测光束质量，为分析激光器本身参数变化提供很好基础。附图说明图1为本专利技术校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置的整体结构示意图。图2为本专利技术校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置中标准平晶和功率衰减平行平板处的被测激光测量光路图。图3为本专利技术校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置中标准平晶处的动态干涉仪测量光路图。图4为本专利技术校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置中第一楔板反射镜处的被测激光测量光路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1至图4，一种校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置包括标准平晶1、功率衰减平行平板2、光功率计3、第一楔板反射镜4、第二楔板反射镜5、第一收光器6、分光镜7、波前探测器8、动态干涉仪9和第二收光器10；沿光路依次设置标准平晶1、功率衰减平行平板2、第一楔板反射镜4、第二楔板反射镜5、分光镜7、波前探测器8和动态干涉仪9；光功率计3设置于功率衰减平行平板2的反射光路上；第一楔板反射镜4设置于功率衰减平行平板2的透射光路上，第二楔板反射镜5设置于第一楔板反射镜4的反射光路上，第一收光器6设置于第一楔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：包括标准平晶(1)、功率衰减平行平板(2)、光功率计(3)、第一楔板反射镜(4)、第二楔板反射镜(5)、第一收光器(6)、分光镜(7)、波前探测器(8)和动态干涉仪(9)；沿光路依次设置标准平晶(1)、功率衰减平行平板(2)、第一楔板反射镜(4)、第二楔板反射镜(5)、分光镜(7)、波前探测器(8)和动态干涉仪(9)；光功率计(3)设置于功率衰减平行平板(2)的反射光路上；第一楔板反射镜(4)设置于功率衰减平行平板(2)的透射光路上，第二楔板反射镜(5)设置于第一楔板反射镜(4)的反射光路上，第一收光器(6)设置于第一楔板反射镜(4)的透射光路上；分光镜(7)设置于第二楔板反射镜(5)的反射光路上；经分光镜(7)滤光，波前探测器(8)设置于分光镜(7)的透射光路上，动态干涉仪(9)设置于分光镜(7)的反射光路上。

【技术特征摘要】
1.一种校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：包括标准平晶(1)、功率衰减平行平板(2)、光功率计(3)、第一楔板反射镜(4)、第二楔板反射镜(5)、第一收光器(6)、分光镜(7)、波前探测器(8)和动态干涉仪(9)；沿光路依次设置标准平晶(1)、功率衰减平行平板(2)、第一楔板反射镜(4)、第二楔板反射镜(5)、分光镜(7)、波前探测器(8)和动态干涉仪(9)；光功率计(3)设置于功率衰减平行平板(2)的反射光路上；第一楔板反射镜(4)设置于功率衰减平行平板(2)的透射光路上，第二楔板反射镜(5)设置于第一楔板反射镜(4)的反射光路上，第一收光器(6)设置于第一楔板反射镜(4)的透射光路上；分光镜(7)设置于第二楔板反射镜(5)的反射光路上；经分光镜(7)滤光，波前探测器(8)设置于分光镜(7)的透射光路上，动态干涉仪(9)设置于分光镜(7)的反射光路上。2.根据权利要求1所述的校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：被测激光的波段与动态干涉仪(9)的光源波段不重合；标准平晶(1)的楔角为1度；两面所镀膜系相同，在被测激光波段增透，透过率达99.99％，在动态干涉仪(9)的光源波段高反，反射率达50％以上；标准平晶(1)靠近测试激光源的一面垂直被测激光光束放置。3.根据权利要求1所述的校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：所述功率衰减平行平板(2)按照与标准平晶(1)前表面成θ度倾角设置于其透射光路上；功率衰减平行平板(2)两面均镀膜，前表面镀有高反膜，在被测激光波段高反，反射率达99.99％，在动态干涉仪(9)光源波段低反，反射率低于1％；后表面镀有增透膜，在被测激光波段和动态干涉仪(9)的光源波段均低反，反射率低于0.1％。4.根据权利要求1所述的校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：第一楔板反射镜(4)的楔角为6.5度，其前表面按照与标准平晶(1)的前表面成45度倾角设置于功率衰减平行平板(2)的透射光路上；第一楔板反射镜(4)的前表面镀膜、后表面不镀膜，在测试激光波段低反，反射率低于4％，在动态干涉仪(9)的光源波段高反，反射率高于90％；第二楔板反射镜(5)的楔角为6.5度，第二楔板反射镜(5)的前表面按照与第一楔板反射镜(4)的前表面成90度设置于其反射光路上，使经第一楔板反射镜(4)前的光路和经第二楔板反射镜(5)后的光路平行；第二楔板反射镜(5)前表面所镀膜系与第一楔板反射镜(4)的前表面相同，后表面不镀膜。5.根据权利要求1所述的校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：分光镜(7)两面均镀膜，在被测激光波段增透，透过率达99.99％，在动态干涉仪(9)的光源波段高反，反射率达99.99％。6.根据权利要求3所述的校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：上述功率衰减平行平板(2)与标准平晶(1)两者的中心距离最小值d的计算方法如下：设标准平晶(1)的口径为Amm，材料折射率为n，功率衰减平行平板(3)的表面与标准平晶(1)的前表面成θ角设置，θ为不大于50°的锐角；公式7.根据权利要求1所述的校正高功率激光器M2测量系统热形变的装置，其特征在于：还包括第二收光器(10)，第二收光器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志刚，季琨皓，沈华，朱日宏，孟令强，孔庆庆，经逸秋，李思宇，杨哲，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32