基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光参数测量装置及使用该装置的激光参数测量方法，以解决现有激光PIB因子测量及光斑空间分布测量方法，尤其在测量厘米级尺度的PIB因子时，现有扫描取样方法中，由于取样孔的数量有限，且探测器采样的频率高，导致取样空间分辨率严重不对称的问题。本发明专利技术提供的基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置和方法，采用正交排布的两组渐开线阵列取样孔分时同步扫描激光光斑，获取两个维度上比较均匀的空间分辨率，最终实现光斑最强功率点的捕捉，测量得到较准确的PIB因子，同时还可以将两幅扫描图像合并为一幅图像进行融合处理，实现光斑的高分辨测量。实现光斑的高分辨测量。实现光斑的高分辨测量。

【技术实现步骤摘要】
基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种激光参数测量装置及使用该装置的激光参数测量方法，具体涉及一种基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置和测量方法。

技术介绍

[0002]在高功率激光参数测量中，光束质量是一个重要的参数，表示激光束向远场发射的能力。常见的光束质量包括M2因子、β参数和桶中功率(PIB因子)等，其中PIB因子代表了激光束在远场的功率集中度和可聚焦能力。
[0003]在高功率激光远场PIB因子测量中，通常需要测量直径为厘米级内的激光桶中功率参数。现有的PIB测量方法是根据测量要求采用设定直径(比如20毫米)的光阑孔设置在光学调节架上，光阑孔后面采用光功率计探头测量光功率，通过微调光阑孔的位置使得获取的光功率的值最大，即为该激光束的PIB值。这种方法存在的问题是激光的光束不稳定时，强光点的位置发生变化，导致无法采用光阑孔捕捉到激光光强最大值，故只能适用于连续输出的稳定激光器。
[0004]申请号为CN201710131735.1，专利技术名称为基于平板渐开线孔取样的激光光束质量测量装置和方法，申请号为CN201911214277.3，专利技术名称为一种激光远场光束质量PIB因子的测量装置及测量方法，以及申请号为CN201911215439.5，专利技术名称为一种激光远场桶中功率分布曲线的绝对测量装置及方法，三篇专利中均公开了基于平板渐开线微孔线列实现激光光斑扫描，实现激光空间变换频率不高的激光PIB因子测量及光斑空间分布测量。这些技术方案应用于测量厘米级尺度桶中功率时，渐开线排布的取样孔数量无法设置太多，否则测量机构会很庞大。但是当取样孔的数量设置较少时，由于探测器采样的频率很高，也会带来扫描转盘转动周向方向上的空间分辨率远高于径向方向上的空间分辨率，影响到PIB因子准确测量和光斑图像的复原问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决在激光PIB因子测量及光斑空间分布测量时，尤其在测量厘米级尺度的PIB因子时，现有扫描取样方法中，由于取样孔的数量有限，且探测器采样的频率高，导致取样空间分辨率严重不对称问题，而提供一种基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置和方法。
[0006]本专利技术的设计思路是：当采用渐开线取样孔线阵对大面积光束PIB因子测量时，由于取样孔的数量有限，导致一个维度上的取样空间分辨率较低，而另外一个维度上，由于采用重叠取样方式，且配备有时间响应较快的探测器和高频数据采集系统，故取样空间分辨率较高，导致会出现转盘径向和周向两个维度上取样的空间分辨严重不对称，影响到光斑功率最高强点的捕获以及后续的光斑图像复原。如果将现有的单一扫描盘改为两只正交扫描方式的扫描盘对光斑交替扫描取样，就可以获取两个维度上比较均匀的空间分辨率，后续可将两幅扫描图像合并为一幅图像进行融合处理，实现光斑的高分辨测量，同时实现光
斑最强功率点的捕捉，测量得到PIB因子。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置，其特殊之处在于：包括测量光阑1、探测器2、支撑4、数据采集系统、设置在测量光阑1和探测器2之间的第一扫描盘11和第二扫描盘21以及机架；
[0009]所述支撑4安装在机架上，支撑4上通过轴承安装有第一转轴13和第二转轴23，并通过轴承限位；
[0010]所述第一扫描盘11和第二扫描盘22分别安装在第一转轴(13)和第二转轴(23)上，可在第一转轴13和第二转轴23带动下转动；
[0011]所述第一转轴13和测量光阑1中心之间的连线与所述第二转轴23和测量光阑1中心之间的连线垂直且距离相等；
[0012]所述第一扫描盘11上设置有一组呈渐开线均匀间隔排布且直径相同的第一取样孔12，所述第一取样孔12的孔径小于测量光阑1的直径，且相邻两只第一取样孔12中心线的间距大于测量光阑1的直径；
[0013]所述第二扫描盘21上设置有一组呈渐开线均匀间隔排布且直径相同的第二取样孔22；所述第二取样孔22的孔径小于测量光阑1的直径，且相邻两只第二取样孔22中心线的间距大于测量光阑1的直径；
[0014]所述第一扫描盘11和第二扫描盘21上渐开线的轨迹相同、第一取样孔12之间的间距和第二取样孔22之间的间距相同、第一取样孔12与第二取样孔22的孔径相同；
[0015]所述第一转轴13和第二转轴23通过同步传动单元驱动；
[0016]待测量激光束8入射至测量光阑1，经第一扫描盘11和第二扫描盘21上的第一取样孔12和第二取样孔22分时交错扫描后入射至探测器2，所述数据采集处理单元记录并处理探测器2的输出信号，计算得到激光的激光光斑分布及PIB因子。
[0017]进一步地，还包括位置触发单元，位置触发单元包括在第一扫描盘11和第二扫描盘22的边沿处分别设置的第一定位狭缝15和第二定位狭缝25，以及在机架上设置的第一同步开关14和第二同步开关24；
[0018]所述第一定位狭缝15和第一同步开关14相配合，第二定位狭缝25和第二同步开关24相配合，用于触发数据采集系统，为待测量激光束8光强分布的图像复原提供位置基准信号。
[0019]进一步地，所述同步传动单元为同步带传动驱动装置，包括电机3、第一同步带轮16、第二同步带轮26和同步带5；所述第一同步带轮16、第二同步带轮26分别设置在第一转轴13和第二转轴23上，同步带5联接在第一同步带轮16、第二同步带轮26之间；所述电机3的输出端与第一转轴13或第二转轴23相联。
[0020]进一步地，所述同步传动单元为齿轮传动驱动装置，包括电机3、第三转轴7、第一齿轮17、第二齿轮27、第三齿轮18和第四齿轮28；所述第三齿轮18和第四齿轮28同时设置在第三转轴7上，第一齿轮17和第二齿轮27分别设置在第一转轴13和第二转轴23上；
[0021]所述电机3的输出端与第三转轴7相联，用于驱动第三转轴7转动，使得第三齿轮18和第四齿轮28分别驱动与其相互啮合的第一齿轮17和第二齿轮27，进而驱动第一转轴13和第二转轴23同步转动。
[0022]进一步地，所述第一扫描盘11和第二扫描盘22为扇形结构，扇形的角度不小于180
°
；
[0023]所述第一扫描盘11或第二扫描盘22上的取样孔为6
‑
15只。
[0024]进一步地，定义第一扫描盘11的半径为R1和第二扫描盘22的半径为R2，所述R1、R2相互之间满足以下关系：R1＝R2。
[0025]进一步地，所述第一转轴13和第二转轴23的转动速率为1000
‑
5000rpm。
[0026]进一步地，所述的探测器2的口径大于测量光阑1的通孔，响应时间为纳秒或微秒级。
[0027]进一步地，所述测量光阑1的直径为30
‑
100mm，第一取样孔12和第二取样孔22的直径为5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置，其特征在于：包括测量光阑(1)、探测器(2)、支撑(4)、数据采集系统、设置在测量光阑(1)和探测器(2)之间的第一扫描盘(11)和第二扫描盘(21)以及机架；所述支撑(4)安装在机架上，支撑(4)上通过轴承安装有第一转轴(13)和第二转轴(23)；所述第一扫描盘(11)和第二扫描盘(22)分别安装在第一转轴(13)和第二转轴(23)上，可在第一转轴(13)和第二转轴(23)带动下转动；所述第一转轴(13)和测量光阑(1)中心之间的连线与所述第二转轴(23)和测量光阑(1)中心之间的连线垂直且距离相等；所述第一扫描盘(11)上设置有一组呈渐开线均匀间隔排布且直径相同的第一取样孔(12)，所述第一取样孔(12)的孔径小于测量光阑(1)的直径，且相邻两只第一取样孔(12)中心线的间距大于测量光阑(1)的直径；所述第二扫描盘(21)上设置有一组呈渐开线均匀间隔排布且直径相同的第二取样孔(22)；所述第二取样孔(22)的孔径小于测量光阑(1)的直径，且相邻两只第二取样孔(22)中心线的间距大于测量光阑(1)的直径；所述第一扫描盘(11)和第二扫描盘(21)上渐开线的轨迹相同、第一取样孔(12)之间的间距和第二取样孔(22)之间的间距相同、第一取样孔(12)与第二取样孔(22)的孔径相同；所述第一转轴(13)和第二转轴(23)通过同步传动单元驱动；待测量激光束(8)入射至测量光阑(1)，经第一扫描盘(11)和第二扫描盘(21)上的第一取样孔(12)和第二取样孔(22)分时交错扫描后入射至探测器(2)，所述数据采集处理单元记录并处理探测器(2)的输出信号，计算得到激光的激光光斑分布及PIB因子。2.根据权利要求1所述的基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置，其特征在于：还包括位置触发单元，位置触发单元包括在第一扫描盘(11)和第二扫描盘(22)的边沿处分别设置的第一定位狭缝(15)和第二定位狭缝(25)，以及在机架上设置的第一同步开关(14)和第二同步开关(24)；所述第一定位狭缝(15)和第一同步开关(14)相配合，第二定位狭缝(25)和第二同步开关(24)相配合，用于触发数据采集系统，为待测量激光束(8)光强分布的图像复原提供位置基准信号。3.根据权利要求2所述的基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置，其特征在于：所述同步传动单元为同步带传动驱动装置，包括电机(3)、第一同步带轮(16)、第二同步带轮(26)和同步带(5)；所述第一同步带轮(16)、第二同步带轮(26)分别设置在第一转轴(13)和第二转轴(23)上，同步带(5)联接在第一同步带轮(16)、第二同步带轮(26)之间；所述电机(3)的输出端与第一转轴(13)或第二转轴(23)相联。4.根据权利要求2所述的基于正交扫描的激光光斑分布及PIB因子测量装置，其特征在于：所述同步传动单元为齿轮传动驱动装置，包括电机(3)、第三转轴(7)、第一齿轮(17)、第二齿轮(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍武，杨鹏翎，栾昆鹏，王振宝，陶波，王大辉，薛天旸，崔萌，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：