激光束多种参量测试仪制造技术

本发明专利技术是一种激光束多种参量测试仪。它由扩束（或缩束）光学系统将激光束光斑尺寸调节到合适的尺寸，用微机控制的二维光束扫描器，使光束截面在单色仪入射狭缝上扫描。单色仪调整到刚好使该波长的激光从出射狭缝射出，由探测器将光束截面上的光强分布逐点显示在微机屏幕上，呈现出三维立体强度分布图。经微机对数据处理，可给出二维激光束强度分布图、等强度分布平面图、激光波长、束腰直径、光束发散角，激光功率、激光亮度等激光束多种参量。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种激光束多种参量测试仪。其参量主要包括二维激光束强度分布立体图、等强度分布平面图、激光波长、束腰直径、束斑直径、激光功率、光束发散角、激光束亮度等。现有的技术，对激光束多个参量采用分别测量完成的。(1)激光束的功率用功率计单独测量，例如美国EG&G公司460型激光功率计，美国JodonLaser公司的PM-950型数字激光功率计;(2)光斑尺寸用刀口法，狭缝法和热释电列阵系统测量，例如美国Spiricon公司的LMP-32×32-161型PyroelectricMatrixArrays;(3)激光波长用光谱仪测量。本专利技术目的是用一台仪器完成多种激光束参量的测量，如测量激光波长、束腰直径、束斑直径、激光功率、光束发散角、激光束亮度、二维激光束强度分布立体图、等强度分布平面图等。构成本专利技术的测试仪的部件包含有氦氖激光器1(附图1)中的标号)，它发出的632nm的红色激光指示光学系统的调整，并做为典型的标准激光束，供参考测量。氦氖激光束通过分束器3、斩波器6、照射到定位反射镜10的中心。然后，光束聚焦通过可变孔径光栏9照射到二维光束扫描器11。经反射，光束照射到单色仪16入射狭缝上。通过单色仪，光束被分光、取样，照射到探测器8。探测器输出的电信号送入锁相放大器14，再到微机显示系统13。斩波器6给出的同步信号也送到锁相放大器。带有两只微型步进电机的二维扫描反射镜组成的二维光束扫描器11，它可以在左右方向和俯仰方向呈弓字形扫描。驱动步进电机的步进电机驱动器15由微机通过程序控制。待测激光器7输出的光束用衰减器5衰减。可插入的准直平面镜4，用于调整待测量的激光束与指示调整的氦氖激光束同光路。本专利技术的基本特征是，用微机13控制的二维光束扫描器11，将待测量激光束反射到单色仪16的入射狭缝上，使光束截面在入射狭缝上扫描。单色仪调整到刚好使该波长的激光从出射狭缝射出，并由探测器将光束截面上的光强分布显示在微机屏幕上，呈现出如图2所示的二维强度分布图。经微机对数据处理，列表给出激光波长、束腰直径、束斑直径、激光功率、光束发散角(全角)和激光束亮度等多种参量。如表1所示。二维光束扫描器是本仪器的关键部件之一，它的二维扫描反射镜带有精密滚珠丝杆和弹性差动的微动机构，同弹簧杠杆原理提高了调整精度。它由二台三相步进电机驱动，可以做左右和俯仰方向的转动。步进电机驱动器15由微机和步进电机驱动电路构成。可外接三台三相或四相步进电机。通过手动方式或遥控方式使电机以十种不同速度运转。可单次步进，也可在指定范围内连续运行。当前位置由数字显示器指示。微机13是与IBMPC/XT兼容的Super机型，通过RS-232C通讯接口向步进电机驱动器15发送遥控指令，并读取步进电机驱动器15的状态信息。发送与接收的流程图如图4所示。微机除了指挥控制步进电机驱动器15，还承担光强数据存贮、二维光强分布图形显示和分析处理任务。数据和图形在24针点阵打印机12上输出。这些功能都是通过软件设计完成的，软件设计框图如图5所示。上述二维光束扫描器或者是分成两个组件，一个做左右方向扫描，称为慢扫描;另一个做垂直方向的光束取样，称为快扫描。慢扫描可以用图1中的二维扫描反射镜进行。快扫描用快速旋转的取样器进行。在附图6中，激光束经慢扫描反射镜17做水平扫描(每秒钟转角2.29°)，光束照射到旋转臂20的小孔19上，小孔直径1mm，在旋转臂内由小直角棱镜18，直径Φ7mm的透镜21和中心小直角棱镜22组成导光系统。最后，取样光束经出射小孔23，照射到探测器8上。旋转臂20在快速步进电机24带动下，以每秒大于100周的频率旋转。慢扫描和快扫描的光斑扫描如图7所示方式取样。用慢扫描和快扫描组合成二维光束扫描器，可提高二维强度分布的成帧时间到每秒一帧。本专利技术用氦氖激光调整仪器光路。使直径1cm左右的光束照射到单色仪入射狭缝上。如果只是用氦氖激光指示调整光路，那么其次就是插入准直平面镜4，使He-Ne激光自准，经分束器3表面反射至待测激光器输出窗口，调整待测激光器光路，使待测激光与He-Ne激光同光路。当退出准直平面镜4时，待测激光沿已调好的He-Ne激光光路进入单色仪。调整单色仪色散元件转角，直到探测器指示有信号输出。如果把He-Ne激光束做个测量对象，那么，不需要插入准直平面镜4。用He-Ne激光引导10μm的CO2激光或其他不可见激光，可迅速调整好测量光路。分束器3是尖劈状的圆形镜片。使用尖劈形状，能使前后两表面反射的光束分开，消除干扰。分束器材料与待测激光波长和强度有关。光强度衰减器5，主要用于衰减过份强的待测激光。如果待测激光是线偏振的，可以用布儒斯特角检偏器，通过角度旋转连续调整激光强度。斩波器6为热释电探测器提供调制信号。如果不用热释电探测器，也可不用斩波器。探测器8根据待测激光的波长，可以是热释电探测器、光电倍增管、硅光二极管。可变孔径光栏9是染黑的铝制轮盘，边缘圆周上有不同直径的圆孔，含有所需要的光栏孔径。定位反射镜10是装在三维调整架上的全反射镜。它起定位、微调光束位置的作用。单色仪16起三种作用，一是用来测定激光波长，二是通过狭缝宽度调节连续改变入射光强，三是降低探测器的背景噪声。有时不需要测量波长，只希望起后两种作用，这时在光栅盖板上贴上一块平面反射镜，就顺利地达到目的，如不需测定激光波长，也可不用单色仪，直接用探测器接收。本专利技术的优点是用一台仪器可以完成多种激光束参量的测量，这些参量包括有;二维光强分布立体图、等强度分布平面图、激光波长、光腰直径、光斑直径、激光功率、光束发散角和激光束亮度。与最先进的美国Spiricon公司的LMP-32×32-161型热释电列阵系统相比，本专利技术除获得参量多之外，还具有探测器易选择，成本低，图形分辨率高等优点。适用从100nm到1000μm的各种波长激光束参量的测量，易于普及和推广。 附图说明。图1.激光束多种参量测试仪组件图。图2.氦氖激光束二维强度分布立体图，上面是线条式，下面是网格式。图3.氦氖激光束等强度分布平面图。上面不加标尺格，下面加标尺格。图4.微机向步进电机驱动器发送指令与接收信息的流程图。图5.软件设计框图。图6.由慢扫描和快扫描两组件构成的二维光束扫描器结构图。图7.慢扫描和快扫描的光斑扫描和取样方式。最佳实施例结合附图1说明本专利技术的实施例。腔长260mm的He-Ne激光器1，输出的激光通过BaFz晶体尖劈分束器3(其尖劈夹角1°)和斩波频率为12.5Hz的斩波器6，用曲率半径50cm的镀金定位反射镜10聚焦，再由平面反射镜组成的二维光束扫描器反射扫描得到如图2所示的激光强度分布图和图3所示的等强度分布的平面图，典型的激光束参量测试结果如表1所示。二维扫描反射镜，在俯仰方向，步进电机每进一步，反射镜转角8.75×10-6rad(～1.8″)，最大扫描范围为17.5mrad;在左右方向，每步转角4.5×10-6rad(～0.93″)，最大扫描范围为72mrad。实验中用的光栅单色仪是GDS-50-2型，其波长分辨率为1A，波长范围为200nm至25μm。可变孔径光栏由4个孔组成，其直径分别是0.5mm、1mm、2mm和3mm，斩波器的频率从10Hz至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光束多种参量测试仪，包含有：作为标准和指示光束的氦氖激光器１、分束器３、斩波器６、定位反射镜１０、单色仪１６和探测器８，其特征在于待测激光束７经过衰减器５衰减后，以准直平面镜４使其待测激光束与标准指示光束的氦氖激光束同光路，通过分束器、斩波器照射到一定位反射镜１０的中心，光束被聚焦后通过一可变孔径光栏９，照射到微机控制的二维光束扫描器１１上，二维光束扫描器将其光束反射到单色仪１６的入射狭缝上，经单色仪分束取样后照射到探测器８上，探测器输出的电信号送入锁相放大器１４，再到微机显示控制系统１３。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅恩生，沈桂荣，李颖峰，王兵，陈磊，王玉芝，王之江，
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]