一种激光发散角的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种激光发散角的测量装置及方法，属光学计量领域。其特点是利用CCD成像元件搭配合适焦距的透镜进行激光发散角的测量。激光经过透镜在CCD上成像，测得透镜与CCD不同间隔处的光斑的大小，通过数据拟合即可求出激光器在透镜焦点处光斑的大小。利用光斑大小与透镜焦距的关系就可以求出激光器的发散角。该方法对透镜与CCD之间的距离没有苛刻要求，方法简单精度高，应用前景广的特点。

A measuring device and method for laser divergence angle

The invention proposes a laser divergence angle measuring device and a method, belonging to the optical metrology field. It is characterized by the use of CCD imaging elements with suitable focal length lens to measure laser divergence angle. The laser is imaging on the CCD by the lens. The size of the light spot at different intervals between the lens and the CCD is measured. The size of the laser spot at the focal point of the lens can be obtained through the data fitting. By using the relationship between the spot size and the focal length of the lens, the divergence angle of the laser can be obtained. The method has no harsh requirements for the distance between lens and CCD. The method is simple, accurate and has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种激光发散角的测量装置及方法
本专利技术属于光学计量领域，主要涉及激光发散角的测量方法，尤其涉及单模激光器发散角的测量装置及方法。
技术介绍
发散角是表征激光器输出特性的重要参数之一，该参数的优劣直接影响着激光在许多领域中的应用效能，因此激光发散角的精确测量在激光器的研制、生产和应用过程中都具有非常重要的意义。常用的测量方法有焦点刀口扫描法、CCD摄像法、偏振光干涉法等。其中刀口扫描法、偏振光干涉法操作麻烦，光阑法由于光阑口径难以精确测量，误差很大。CCD法操作最为简便。CCD法中要求CCD准确放置于透镜的焦点位置，由于现有技术限制，CCD严格放置于焦点位置很难实现，其偏离量直接影响测量精度，这种影响在使用短焦距透镜测量时尤为明显，也成为CCD法测量激光发散角的难点。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种激光发散角的测量装置及方法，通过测量透镜不同距离处的激光光斑大小，并将光斑直径与位置关系进行数据拟合，巧妙的找出透镜焦点位置处激光光斑的大小，从而规避了原有CCD测量方法中对CCD位置的苛刻要求，使得CCD测量方法更加方便快捷，在同等条件下测量精度也极高，为CCD测量激光发散角设备的小型化提供一种途径。本专利技术的技术方案为：所述一种激光发散角的测量装置，其特征在于：包括激光光源、CCD、衰减器、透镜和图像记录与处理系统；激光光源和CCD分别安装在两个平移台上，两个平移台能够沿光路光轴方向移动；衰减器和透镜依次布置在激光光源与CCD相机之间的光路上，激光光源、透镜和CCD三者共光轴；图像记录与处理系统控制CCD采集图像，并根据图像进行数据处理。所述一种激光发散角的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：点亮激光光源，图像记录与处理系统控制CCD采集图像；通过调节衰减器的衰减量以及CCD积分时间，使得CCD采集到的图像数据的最大灰度值与CCD饱和灰度值的百分比值不小于60％，且CCD采集到的图像数据灰度值不饱和；步骤2：控制安装CCD的平移台沿光轴做等间隔运动，记录每个间隔点的位置zi，并在每个间隔点处通过CCD采集图像；步骤3：控制安装激光光源的平移台沿光轴移动设定距离，再次控制安装CCD的平移台沿光轴做等间隔运动，记录每个间隔点的位置zi’，并在每个间隔点处通过CCD采集图像；步骤4：图像记录与处理系统对步骤2和步骤3得到的图像进行以下处理：步骤4.1：计算步骤2中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi1和竖直方向大小yi1，计算步骤3中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi2和竖直方向大小yi2，其中光斑边缘灰度值为光斑中心灰度值的1/e^2倍；步骤4.2：将步骤2中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi1，以及对应的间隔点位置zi代入方程x2＝az2+bz+c进行拟合，得到x1方程；将步骤3中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi2，以及对应的间隔点位置zi’代入方程x2＝az2+bz+c进行拟合，得到x2方程；取x1方程和x2方程的交点记为(z,x)；得到激光水平方向的发散角为σ为像元大小，f为透镜焦距；步骤4.3：将步骤2中每个间隔点处采集图像中的光斑竖直方向大小yi1，以及对应的间隔点位置zi代入方程y2＝az2+bz+c进行拟合，得到y1方程；将步骤3中每个间隔点处采集图像中的光斑竖直方向大小yi2，以及对应的间隔点位置zi’代入方程y2＝az2+bz+c进行拟合，得到y2方程；取y1方程和y2方程的交点记为(z,y)；得到激光竖直方向的发散角为σ为像元大小，f为透镜焦距。有益效果本专利技术通过测量透镜不同距离处的激光光斑大小，并将光斑直径与位置关系进行数据拟合，巧妙的找出透镜焦点位置处激光光斑的大小，从而规避了原有CCD测量方法中对CCD位置的苛刻要求，使得CCD测量方法更加方便快捷，在同等条件下测量精度也极高，为CCD测量激光发散角设备的小型化提供一种方法。附图说明图1一种激光发散角的测量方法示意图。具体实施方式为了进一步揭示本专利技术，下面结合附图及优选实施例对本专利技术作进一步的描述。如图1所示，本实施例中的激光发散角的测量装置包括激光光源、CCD、衰减器、透镜和图像记录与处理系统；激光光源和CCD分别安装在两个平移台上，两个平移台能够沿光路光轴方向移动；衰减器和透镜依次布置在激光光源与CCD相机之间的光路上，激光光源、透镜和CCD三者共光轴；图像记录与处理系统控制CCD采集图像，并根据图像进行数据处理。如图1所示，将激光光源放置于电动平移台，电动平移台固定于光学平台上。在光源后面10mm处放置可变衰减器，将焦距为50mm的透镜放置于光源后面70mm处，将行程为20mm的电动平移台置于透镜后面70mm处，CCD摄像机置于电动平移台之上，使CCD摄像机可以随电动平移台沿光轴方向移动。调整光源、透镜、CCD摄像机之间的相对高度及相对位置，使三者共光轴。CCD摄像机与图像记录与处理系统相连；测试前，首先调整衰减器至其最大衰减量，开启光源，该光束经透镜后成像于CCD摄像机。利用上述装置进行激光发散角的测量方法步骤为：步骤1：点亮激光光源，图像记录与处理系统控制CCD采集图像；通过调节衰减器的衰减量以及CCD积分时间，使得CCD采集到的图像数据的最大灰度值与CCD饱和灰度值的百分比值为80％；步骤2：控制安装CCD的平移台沿光轴做等间隔运动，记录每个间隔点的位置zi，并在每个间隔点处通过CCD采集图像；步骤3：控制安装激光光源的平移台沿光轴移动5cm，再次控制安装CCD的平移台沿光轴做等间隔运动，记录每个间隔点的位置zi’，并在每个间隔点处通过CCD采集图像；步骤4：图像记录与处理系统对步骤2和步骤3得到的图像进行以下处理：步骤4.1：计算步骤2中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi1和竖直方向大小yi1，计算步骤3中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi2和竖直方向大小yi2，其中光斑边缘灰度值为光斑中心灰度值的1/e2倍；步骤4.2：将步骤2中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi1，以及对应的间隔点位置zi代入方程x2＝az2+bz+c进行拟合，得到x1方程；将步骤3中每个间隔点处采集图像中的光斑水平方向大小xi2，以及对应的间隔点位置zi’代入方程x2＝az2+bz+c进行拟合，得到x2方程；取x1方程和x2方程的交点记为(z,x)；得到激光水平方向的发散角为σ为CCD摄像机像元大小，f为透镜焦距；步骤4.3：将步骤2中每个间隔点处采集图像中的光斑竖直方向大小yi1，以及对应的间隔点位置zi代入方程y2＝az2+bz+c进行拟合，得到y1方程；将步骤3中每个间隔点处采集图像中的光斑竖直方向大小yi2，以及对应的间隔点位置zi’代入方程y2＝az2+bz+c进行拟合，得到y2方程；取y1方程和y2方程的交点记为(z,y)；得到激光竖直方向的发散角为σ为像元大小，f为透镜焦距。本专利技术利用CCD成像元件搭配合适焦距的透镜进行激光发散角的测量，激光经过透镜在CCD上成像，测得透镜与CCD不同间隔处的光斑的大小，通过数据拟合即可求出激光器在透镜焦点处光斑的大小。利用光斑大小与透镜焦距的关系就可以求出激光器的发散角。该方法对透镜与CC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光发散角的测量装置，其特征在于：包括激光光源、CCD、衰减器、透镜和图像记录与处理系统；激光光源和CCD分别安装在两个平移台上，两个平移台能够沿光路光轴方向移动；衰减器和透镜依次布置在激光光源与CCD相机之间的光路上，激光光源、透镜和CCD三者共光轴；图像记录与处理系统控制CCD采集图像，并根据图像进行数据处理。

【技术特征摘要】
1.一种激光发散角的测量装置，其特征在于：包括激光光源、CCD、衰减器、透镜和图像记录与处理系统；激光光源和CCD分别安装在两个平移台上，两个平移台能够沿光路光轴方向移动；衰减器和透镜依次布置在激光光源与CCD相机之间的光路上，激光光源、透镜和CCD三者共光轴；图像记录与处理系统控制CCD采集图像，并根据图像进行数据处理。2.利用权利要求1所述装置进行激光发散角测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：点亮激光光源，图像记录与处理系统控制CCD采集图像；通过调节衰减器的衰减量以及CCD积分时间，使得CCD采集到的图像数据的最大灰度值与CCD饱和灰度值的百分比值不小于60％，且CCD采集到的图像数据灰度值不饱和；步骤2：控制安装CCD的平移台沿光轴做等间隔运动，记录每个间隔点的位置zi，并在每个间隔点处通过CCD采集图像；步骤3：控制安装激光光源的平移台沿光轴移动设定距离，再次控制安装CCD的平移台沿光轴做等间隔运动，记录每个间隔点的位置zi’，并在每个间隔点处通过CCD采集图像；步骤4：图像记录与处理系统对步骤2和步骤3得到的图像进行以下处理：步骤4.1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎高平，于东钰，桑鹏，李四维，王浩，吴磊，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61