一种激光光束Ｍ↑［２］因子矩阵的测量方法，步骤如下：（１）通过至少１０个电荷耦合器件同时测量，得到被测激光同一时刻不同光程处的至少１０个光斑图；（２）对步骤（１）得到的光斑图通过计算机处理，得到被测激光在实验室坐标系下的Ｍ↑［２］因子：Ｍ↓［ｘ］↑［２］、Ｍ↓［ｙ］↑［２］；（３）通过计算机将步骤（１）得到的各光斑图旋转α角，再按步骤（２）的处理方法得到旋转后的Ｍ↑［２］因子：Ｍ↓［ｘ１］↑［２］、Ｍ↓［ｙ１］↑［２］；（４）通过实验室坐标系下的Ｍ↑［２］因子、旋转后的Ｍ↑［２］因子和旋转角α，计算被测激光的Ｍ↑［２］因子矩阵。用于上述方法的测量仪由线性衰减器、分束器、聚焦器、分束器组、光电探测器、同步控制器、电荷耦合器件组、路由器和计算机组成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光光束质量分析领域，特别涉及一种激光光束MZ矩阵的分析方法和 分析仪器。
技术介绍
激光光束的质量好坏，直接影响到激光的应用。所以，必须对激光光束质量作定性 和定量分析。上世纪九十年代初，Siegraan提出采用M2因子描述激光光束质量，这一 建议被国际标准化组织所采纳，并于1991年公布了基于这一建议的.IS0/TC172/SC9/WG1 标准草案。2005年，国际标准化组织公布了最新版本的\12因子测量标准(ISO 11146)。M2因子描述的是实际光束与理想基模高斯光束的差别，其测量和计算基于光束束 宽的测量值。实验中，束宽使用光束强度分布的二阶矩来计算，这使得束宽的计算值与 实验中坐标系有吴，故MZ因子的测量值也与坐标系有关。对于激光光斑为非圆对称的 情况，坐标系不同，]V^因子的测量值也不一样，这给激光光束质量的评价带来了不便。为了解决了上述问题，本专利申请的专利技术人提出了采用1^2因子矩阵描述激光光束 质量的新思路。IV^因子矩阵定义为M其中，M^、 M;分别为实验室坐标系下x、 y方向上的N^因子。Mxy、 M^为表征光斑主轴与实验室坐标系相对位置信息的交叉项。当实验室坐标和光斑主轴重合时，此 交叉项为零。通过^42因子矩阵，可以计算光斑主轴与实验室坐标系成任意角度时实验室坐标系 下x、 y方向上的MS因子。这样，就将不同坐标系下测量所得的N^因子有机的统一起 来，因而解决了在实验中由于坐标系不一样给非圆对称光束光束质量测量和评价时带来 的不便。由于采用MZ囟子矩阵来描述缚光光束质量是一种新思路，因此目前尚无人公开M2 因子矩阵的测量方法和测量仪器。现有的N^因子测量方法和仪器虽然可以借鉴，但必 须进行改造。M2因子的测量一般采用可变光阑法、小孔光阑法，移动狭缝法、刀口法和电荷耦合器件(CCD)来完成，其中，采用电荷耦合器件(CCD)来完成1V^因子的测量操 作最为简单。公开号为CN 1766531A的专利申请公开了一种激光光束质量M2因子实时 检测仪，包括依次的同光路的聚焦透镜、光栅组、光路调整器、CCD,聚焦透镜对激光 器发出的激光束进行聚焦，光栅组是由两块光栅组成的分光系统，将一束激光分成等光 强的3X3条光束的光束组，光路调整器为包括9个反射镜片组成的镜片阵列，光栅组 分成的9条等光强光束经过光路调整器的各反射镜片在CCD的接收面形成9个相互不 重叠的光斑，CCD为一个，其输出端通过信号线与计算机相连，将光斑数据传送给计 算机，经计算机处理获]ve因子。将此种激光光束质量1V^因子实时检测仪的计算机程序 进行改造后虽然可以用于测量M2因子矩阵，但由于此种检测仪是在CCD的一个接收面 上形成多个光斑，每一个光斑的在CCD芯片上的有效面积就变得很小，而束宽的测量 是基于光轴截面上待测位置光强分布的二阶距，二阶距积分的积分区间理论上应该是无 穷大，因此，测量精度较低。由于出现在同一 CCD面上的最大的光斑和最小的光斑能 量密度相差较大，很容易出现最小光斑处已经令CCD饱和而最大光斑在CCD上成的像 灰度值还较低的情况，因而限制了测量的精度和使用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的之一提供一种激光光束M2因子矩阵的测量方法，为激光光束质量评 价体系提供一种不同构思的技术方案，本专利技术的再一个目的是为实施所述1V^因子矩阵 的测量方法提供一种实时测量仪器，此种测量仪器不仅测量时间短，使用简单，操作方 便，而且测量精度提高。被测激光的MZ因子矩阵为:<formula>formula see original document page 6</formula>其中，M〗、JV^分别为实验室坐标系下x、 y方向上的MZ因子。Mxy、 Myx为表征被测激光光斑主轴与实验室坐标系相对位置信息的交叉项。设被测激光光斑主轴与实验室坐标所成角度为e ，将被测激光光斑旋转一个角度 a，则旋转后被测激光光斑主轴与实验室坐标系所成角度为9 + a。将旋转后的M2因子矩阵记为:<formula>formula see original document page 6</formula>旋转前后被测激光光束的il^因子矩阵有如下关系:<formula>formula see original document page 7</formula>上式中，M〗、M，、 M^、 A/^可以将被测激光光斑旋转前后的实验数据通过最小:乘法拟合得出。将M!、Mj、M。A/J的值带入(3)式，得到交叉项Mxy、 Myx:<formula>formula see original document page 7</formula>(4)(5)将(4)和(5)式带入(1)式，得到被测激光的1^2因子矩阵为:<formula>formula see original document page 7</formula>(6)2sinacosa本专利技术所述激光光束M2因子矩阵的测量方法，步骤如下(1) 通过至少10个电荷耦合器件同时测量，得到被测激光同一时刻不同光程处的 至少IO个光斑(2) 对步骤(1)得到的被测激光的各光斑图通过计算机进行以下处理① 去除光斑图的背景噪声，计算其二阶距(二阶距的计算见IS011146),得到被测激光同一时刻至少io个不同光程处的束宽，② 根据被测激光同一时刻不同光程处的束宽及所对应的光程位置，采用最小二乘法进行拟合，得到被测激光在实验室坐标系下的]\42因子M!、 il/;;(3) 通过计算机将步骤(1)得到的被测激光的各光斑图旋转a角(光斑图旋转可 见《数字图像处理学》，阮秋琦编著，2001年01月第1版，电子工业出版社)，a角可 选取0° —90°范围内除0。 、 90°以外的其他任意角度，然后按步骤(2)的处理方法 得到旋转后的N^因子MJ、(4) 通过实验室坐标系下的l^因子il/〗、My2、旋转后的.MZ因子M^、 M^以及 各光斑图旋转的角度a,按照下式计算被测激光的M2因子矩阵<formula>formula see original document page 8</formula>本专利技术所述激光光束N^因子矩阵实时测量仪，由衰减倍数可调的线性衰减器、分 束器、焦距可调的聚焦器、分束器组、光电探测器、同步控制器、电荷耦合器件组、路 由器和计算机组成，分束器组包括至少9个分束器，电荷耦合器件组包括至少10个电 荷耦合器件；衰减倍数可调的线性衰减器、分束器、焦距可调的聚焦器、分束器组依 次放置在同一光路上，分束器组中的分束器有一半位于瑞利距离以内；所述分束器将入 射激光分成两束，其中一束沿原光路传播，另一束至光电探测器，光电探测器将信号实 时发送给同步控制器；分束器组中的各分束器将经聚焦器聚焦后的入射激光分成两束， 其中一束沿原光路传播，另一束至对应的电荷耦合器件接收面，分束器组中处于末端的 分束器所分成的两束激光分别被两个电荷耦合器件接收；同步控制器分别与计算机及电 荷耦合器件组中的各电荷耦合器件连接，当接收到光电探测器发送的激光入射本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光光束Ｍ↑［２］因子矩阵的测量方法，其特征在于步骤如下： （１）通过至少１０个电荷耦合器件同时测量，得到被测激光同一时刻不同光程处的至少１０个光斑图； （２）对步骤（１）得到的被测激光的各光斑图通过计算机进行以下处理： ①去除光斑图的背景噪声，计算其二阶距，得到被测激光同一时刻至少１０个不同光程处的束宽， ②根据被测激光同一时刻不同光程处的束宽及所对应的光程位置，采用拟合的方法，得到被测激光在实验室坐标系下的Ｍ↑［２］因子：Ｍ↓［ｘ］↑［２］、Ｍ↓［ｙ］↑［２］； （３）通过计算机将步骤（１）得到的被测激光的各光斑图旋转α角，再按步骤（２）的处理方法得到旋转后的Ｍ↑［２］因子：Ｍ↓［ｘ１］↑［２］、Ｍ↓［ｙ１］↑［２］； （４）通过实验室坐标系下的Ｍ↑［２］因子Ｍ↓［ｘ］↑［２］、Ｍ↓［ｙ］↑［２］、旋转后的Ｍ↑［２］因子Ｍ↓［ｘ１］↑［２］、Ｍ↓［ｙ１］↑［２］以及各光斑图旋转的角度α，按照下式计算被测激光的Ｍ↑［２］因子矩阵： ＊＊＊。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯国英，邓国亮，李玮，周寿桓，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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