激光光束质量M2因子实时检测仪制造技术

一种激光光束质量Ｍ↑［２］因子实时检测仪，构成包括同光路的依次的聚焦透镜、光栅组、光路调整器、ＣＣＤ，该ＣＣＤ的输出端通过信号线与计算机相连，所述的聚焦透镜的焦距为ｆ，直径为Ｄ，所述的光栅组是由两块以正交方式紧贴放置的光栅组成的紧凑的光栅分光系统，该光栅分光系统可以将一束激光分成等光强的３×３条光束的光束组，所述的光路调整器包括由９个反射镜片组成的镜片阵列，该镜片阵列的９个反射镜片都有对应的微调螺钉，所述的聚焦透镜的零级衍射光束经由光栅组、光路调整器再到ＣＣＤ的接受面的距离等于该聚焦透镜的焦距。本发明专利技术既能方便地对激光光束质量Ｍ↑［２］因子进行实时测量，系统结构又简单紧凑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检测仪，特别是一种激光光束质量M2因子实时检测仪。
技术介绍
激光光束质量M2因子是描述激光特性的一个重要的技术指标，直接关系到激光器的应用效率。M2因子描述的是实际光束与理想基模高斯光束的差别，它的定义为M2=π4λdwθf]]>其中，dw和θf分别表示实际光束的束腰宽度和远场发散角，4λ/π是理想高斯光束的束腰宽度与远场发散角的乘积。光束质量M2因子的测量办法按原理可分为两类一类是傅立叶变换法，在光束束腰截面上同时测出光场强度分布和相位分布，再由傅立叶变换得到空间频谱，由于相位分布的测量比较困难，此方法很少有人采用；另一类比较常用，是基于光束传播方程的束宽测量法，也是目前ISO标准的推荐方法，利用这类方法测量激光束的光束质量目前有很多种手段，但是绝大多数方法都需要准确地找到束腰位置，必须进行多点测量，因而不能实现实时检测。利用偏心菲涅耳透镜组的方法可以实时测量光束质量M2因子，但其设计复杂，操作繁琐，同时对不同光束质量的激光束需要设计不同的透镜，不能由单一的透镜组完成所有测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光光束质量M2因子实时检测仪，它应能够方便实时地对激光光束质量M2因子进行测量，而且结构紧凑。本专利技术的技术解决方案如下一种激光光束质量M2因子实时检测仪，构成包括同光路的依次的聚焦透镜、光栅组、光路调整器、CCD，该CCD的输出端通过信号线与计算机相连，所述的聚焦透镜的焦距为f，直径为D，所述的光栅组是由两块以正交方式紧贴放置的光栅组成的紧凑的光栅分光系统，该光栅分光系统可以将一束激光分成等光强的3×3条光束的光束组，所述的光路调整器包括由9个反射镜片组成的镜片阵列，该镜片阵列的9个反射镜片都有对应的微调螺钉，所述的聚焦透镜的零级衍射光束经由光栅组、光路调整器再到CCD的接受面的距离等于该聚焦透镜的焦距。所述的光路调整器上的中心镜片的尺寸小于100Z，外沿镜片的尺寸大于200Z，式中Z＝f2λ/πD2，其中Z＝f2λ/πD2，λ为激光波长。所述的光栅组到光路调整器的距离为200Z/θ，式中θ是光束组中各个光束的偏角。。所述的计算机具有视频采集卡和求得激光光束质量M2因子的数据处理程序。本专利技术的优点是1、适用于不同波长和光束质量的激光束的测量。2、使用方便灵活，减少了实际操作的复杂性。3、结构紧凑，体积小，构造简单、制造方便。附图说明图1为本专利技术激光光束质量因子实时检测仪的结构示意图。图2为本专利技术的光路调整器的结构示意图。图3为本专利技术实时检测仪中数据处理程序流程简图。图4为本专利技术实时检测仪中，CCD接受面上的光斑阵列实例图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1为本专利技术激光光束质量因子实时检测仪的结构示意图。由图可见，本专利技术激光光束质量因子实时检测仪的构成是在激光器10发出的待测激光束1的前进方向同光路地依次设置的聚焦透镜2、光栅组3、光路调整器5、CCD7，该CCD7的输出端通过信号线11与计算机12相连，所述的聚焦透镜2的焦距为f，直径为D，所述的光栅组3是由两个以正交方式紧贴放置的光栅组成的紧凑的光栅分光系统，该光栅分光系统可以将一束激光分成等光强的3×3条光束的光束组4，所述的光路调整器5是由9块反射镜片511、512……519组成的镜片阵列51，如图2所示。该镜片阵列51的9块反射镜片511、512……519都有相应的微调螺钉52，该光路调整器5的各个反射镜片511、512……519均可以通过微调螺钉52调节镜片阵列51中各个镜片的角度，以调整光束4中相应光束在CCD7的接收面6上的位置，使得9条光束在CCD7的接受面6上形成的光斑既不互相重叠，又可以充满整个CCD接受面，用以保证9个光斑覆盖的范围处在激光束的2倍瑞利长度(Rayleigh range)之内，实现高精度的测量。所述的聚焦透镜2的零级衍射光束经由光栅组3、光路调整器5再到CCD7的接受面6的距离等于该聚焦透镜2的焦距f。所述的光路调整器5上的中心镜片516的尺寸小于100Z，外沿镜片511、512、……515、517……519的尺寸大于200Z，式中Z＝f2λ/πD2，其中Z＝f2λ/πD2，λ为激光波长。所述的光栅组3到光路调整器5的距离为200Z/θ。所述的计算机12具有视频采集卡和计算待测激光光束质量M2因子的数据处理程序。本专利技术装置的工作情况如下激光器10发出的激光束1经过聚焦透镜2聚焦，该聚焦透镜2的焦距为f，透镜的直径为D，通过两个以正交方式紧贴放置的光栅组3，该光栅组3共同置于一个固定件上，形成一个紧凑的光栅分光系统。该光栅分光系统可以将一束激光分成等光强的3×3条光束，形成光束组4，光束组4中各个光束的偏角为θ。该光束组4中的9条光束经过光路调整器5(图2所示)的各反射镜片511、512……519均可以通过各自的微调螺钉52调节镜片阵列51中各个镜片的角度，以调整光束4中相应光束在CCD7的接收面6上的位置，使得9条光束在CCD7的接受面6上形成的光斑既不互相重叠，又可以充满整个CCD接受面，实现高精度的测量。光路调整器5上的镜片的尺寸由公式Z＝f2λ/πD2决定，其中λ为激光波长，中心镜片的尺寸小于100Z，外沿镜片的尺寸大于200Z，用以保证9个光斑覆盖的范围处在激光束的2倍瑞利长度(Rayleigh range)之内。光栅组3到光路调整器5的距离约为200Z/θ。零级衍射光束由透镜2经由光栅组3和光路调整器5，再到CCD7的接受面6的距离，等于透镜的焦距。最后CCD7的接受面6接收的信号经信号线11输入计算机12，进行数据处理。数据处理的流程如图3所示帧读取子程序把经由视频采集卡得到的数据转换成包含3×3九个光斑的灰度图，如图4所示。很多激光器的输出光并不是圆对称的，因此需要对光束横截面上互相垂直的两个方向分别进行测量，设光束沿着直角坐标系中的z轴传播，横截面位于x-y平面内。求解一阶矩的子程序对包含各个光斑的九个光斑的灰度图进行一阶矩求解，其物理意义是求解光斑图中光强分布的重心。此处光束横截面x、y方向上的光强分布函数一阶矩的定义为x‾=∫∫xI(x,y,z)dxdy∫∫I(x,y,z)dxdy]]>y‾=∫∫yI(x,y,z)dxdy∫∫I(x,y,z)dxdy]]>(2) 其中I(x，y，z)为(x，y，z)处的光强函数值，x为光束横截面x方向上归一化光强分布函数的一阶矩，y为光束横截面y方向上归一化光强分布函数的一阶矩。因此，通过求一阶矩子程序的计算可以得到光斑灰度图的光强度重心(x，y)。在位置z处，光束横截面x方向上的光强分布函数的二阶矩定义为σx2(z)=∫∫(x-x&OverBa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光束质量Ｍ↑［２］因子实时检测仪，其特征在于它包括依次的同光路的聚焦透镜（２）、光栅组（３）、光路调整器（５）、ＣＣＤ（７），该ＣＣＤ（７）的输出端通过信号线（１１）与计算机（１２）相连，所述的聚焦透镜（２）的焦距为ｆ，直径为Ｄ，所述的光栅组（３）是由两个以正交方式紧贴放置的光栅组成的紧凑的光栅分光系统，该光栅分光系统可以将一束激光分成等光强的３×３条光束的光束组（４），所述的光路调整器（５）包括由９块反射镜片（５１１、５１２……５１９）组成的镜片阵列（５１），该镜片阵列（５１）的９块反射镜片（５１１、５１２……５１９）都有对应的微调螺钉（５２），所述的聚焦透镜（２）的零级衍射光束经由光栅组（３）、光路调整器（５）再到ＣＣＤ（７）的接受面（６）的距离等于该聚焦透镜（２）的焦距。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房滔，叶訢，徐剑秋，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]