全口径增益测量仪制造技术

全口径增益测量仪由光束匹配望远镜、过滤系统和光电耦合器件ＣＣＤ以及数据采集、处理和显示系统组成，系统采用了二维面阵ＣＣＤ探测光强信号的二维强度分布，可以同时测量被测激光放大器全口径内的增益及增益分布。本发明专利技术结构简单、稳定可靠、测量精度高，相对于现有的多点探针光增益测量技术，能够克服实验过程中相邻两次发射之间的随机性而导致的测量误差，能够简化实验过程，加快测量速度并提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于同时测量被测激光放大器全口径内的增益及增益分布全口径增益测量仪。
技术介绍
目前，对高功率固体激光放大器，增益特性包括小信号增益系数和增益分布均匀性两个方面。通常，小信号系数的大小决定了放大器增益能力的高低，而增益分布的均匀性好坏对总体输出光束质量有很大的影响，包括光束近场以及增益介质储能的可提取效率等。通常，定义出射激光与入射激光对应坐标采样点强度之比即为放大器的增益，定义为全口径内的增益的的最大值与平均值之比为小信号增益系数。以前，常用多点探针光测量放大器在全口径的增益，但是这种方法有如下缺陷(1)测量数据点少，无法对光束的进行全口径测量，只能测量极少的区域；(2)相邻发次之间存在随机性，测量精度不高；(3)测量周期长，操作复杂，数据处理方式烦琐；(4)发次的限制使测量的结果只能反映增益分布的大致趋势，无法反映细微的变化。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术中测量精度不高、操作复杂等缺点，提供一种适宜于操作简单而且精度很高的全口径增益测量仪。本专利技术的技术解决方案全口径增益测量仪，由光束匹配系统、分光镜、两个过滤系统、两个二维面阵CCD及两套数据采集和处理系统组成，光束匹配系统将被测光束的口径转化到光电耦合器件CCD的靶面大小，经过分光镜分出两束光，分别经过两个过滤系统消除杂散光以及将被测光束的强度衰减到CCD可以测量的范围内，然后通过两个二维面阵CCD测量二将激光光束的二维强度分布转换为电信号，最后通过数据采集和处理系统将测量数据从CCD转移到计算机、CCD探测到的灰度信号到光强的转换、去除数据的噪声及数据的有效性验证、完成图像边界提取和图像对准和计算增益分布、小信号增益系数和相关的参量。本专利技术与现有技术相比有如下优点(1)本专利技术可以实现对全口径增益分布及小信号增益系数的测量，克服现有技术中只能测量光束中少数点的增益分布及小信号增益系数的不足。(2)本专利技术可以一次实现对全口径光强分布的测量，克服现有技术中一次只能光束中的一个点的增益分布及小信号增益系数分布的不足，避免了分别测量的复杂、繁琐、效率低下的不足。(3)本专利技术可以实现更小尺度范围内光强分布的测量，因为光电耦合器件CCD的像素非常微小而且像素很多，因此可以测量相当于像素尺寸大小的空间尺度内的增益分布及小信号增益系数，而现有方法采用细光束作为探针光，其空间尺度经匹配系统后远远大于CCD像素大小，因此本专利技术可以克服现有技术空间分辨率不高的缺点。(4)本专利技术有较高的灵敏度，CCD的可以探测到纳焦耳级的能量，而现有测量技术多用能量卡计进行能量测量，只能探测到毫焦耳级的能量，其灵敏度远小于CCD。(5)本专利技术可以克服现有方法相邻发次之间由于噪声等因素的随机性导致的测量误差，提高测量精度。(6)本专利技术可以提高测量精度，因为现有测量技术多用能量卡计进行测量能量，相对于二维光电耦合器件CCD，能量卡计精度不高。附图说明图1为本专利技术的组成原理框图；图2为本专利技术的光束口径匹配系统原理图；图3为本专利技术的数据采集硬件框图； 图4为本专利技术的数据采集和处理系统的软件处理流程图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术由光束匹配系统1、分光镜2、两个过滤系统3、两个二维面阵CCD 4、两个数据采集和处理系统5组成，光束匹配系统1将被测光束的口径转化到光电耦合器件CCD4的靶面大小，经过分光镜2分出两束光，分别经过两个过滤系统3以消除杂散光以及将被测光束的强度衰减到CCD可以测量的范围内，然后通过两个二维面阵CCD4测量二将激光光束的二维强度分布转换为电信号，最后输入到数据采集和处理系统5进行处理，数据采集和处理系统5完成将测量数据从CCD转移到计算机、CCD探测到的灰度信号到光强的转换、去除数据的噪声及数据的有效性验证、完成图像边界提取和图像对准和计算增益分布、小信号增益系数和相关的参量。如图2所示，光束口径匹配系统1主要完成将被测量光束口径等比例调整到不大于CCD靶面大小以便于进行探测，它由两片共焦点D和d的透镜构成。如图3所示，数据采集和处理系统5由数据采集部分和数据处理部分处理，其中数据采集部分由与CCD匹配的数据采集卡完成(数据采集卡的类型因CCD的不同而不同)，数据处理部分主要由计算机内的软件处理程序构成。当测量光源为脉冲光时，工作时，CCD、计算机一直处于等待外同步信号状态，收到外同步信号以后，CCD开始曝光，计算机延时一段时间等待CCD曝光结束后，通过采集卡将数据转移到计算机，至此就完成了一个周期的采集。如图4所示为专利技术的数据处理部分。由于CCD测量的是激光能量的相对分布，而输出的是灰度值，因此CCD输入-输出光电转换特性、线性动态范围的标定方法，是本测量光强的关键技术环节。本专利技术的核心技术即是采用二维面阵CCD将激光光束的二维强度分布转换为电信号，由计算机进行数据处理，处理过程依次经过数据采集、去除噪声、边缘提取以及灰度到能量的转换和两路的图像对准五个主要过程，如图4所示，去除噪声过程将被测量数据的分离成信号和噪声，该过程由软件完成，分两个步骤首先去除奇异值，然后减去系统的本底噪声(通常用暗电流对应的灰度值代替)；边缘提取用来确定光斑的实际位置和大小，该过程主要依据先验知识结合边缘提取算法(比如可用一阶差分来提取方形区域的边界等)完成；灰度到能量的转换完成将CCD响应到的灰度信号转换成实际的能量，这一过程在需要事先标定CCD的光电转换特性，常用的方法有小孔衍射，即根据激光经小孔衍射后在焦平面能量分布理论可知的特点，结合CCD靶面的尺寸、聚焦透镜的焦距、标定激光的波长等因素选择小孔直径，使CCD对衍射图样的零级谱有足够多的采样点，根据输入CCD的零级谱的能量分布与采样输出灰度值标定光电响应曲线；最后图像对准，将出射光束和入射光束对应区域的比，即为该区域的增益，很多区域构成面的增益及增益分布，常用的图像对准方式有特征点定位和模式匹配。本专利技术用于对连续光的增益测量时，只需要采集和处理的频率大于被测对象的变化频率便可以完成对光强分布的测量，这一过程也反映了光强分布的变化。本专利技术用于对脉冲光的增益测量时，还需要外同步信号来确定光和采集系统之间的时序关系以保证CCD能采集到脉冲光信号，其余同连续光的测量。本专利技术利用CCD作为光强探测器，CCD由很多细微的像素构成，每个有效像素完成的是光强测量，出射和入射的对应点对除就完成该点的增益测量，整个面上就形成了增益高低的差别，即完成增益分布的测量。本专利技术可以根据测量的增益推算相应的参量，比如平均增益Imean=1NΣk=1NIk,]]>调制度α=Imax-IminImean,]]>均匀性α=ImaxImean]]>等。本专利技术用于不同波长时，比如紫外，就需要选用工作波长在对应区域的CCD，同时其余硬件、软件算法作相应调整即可实现对不同波长(紫外到红外)的增益及增益分布的测量。权利要求1.全口径增益测量仪，其特征在于它由光束匹配系统、分光镜、两个过滤系统、两个二维面阵CCD及两套数据采集和处理系统组成，光束匹配系统将被测光束的口径转化到光电耦合器件CCD的靶面大小，经过分光镜分出两束光，分别经过两个过滤系统消除杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
全口径增益测量仪，其特征在于：它由光束匹配系统、分光镜、两个过滤系统、两个二维面阵ＣＣＤ及两套数据采集和处理系统组成，光束匹配系统将被测光束的口径转化到光电耦合器件ＣＣＤ的靶面大小，经过分光镜分出两束光，分别经过两个过滤系统消除杂散光以及将被测光束的强度衰减到ＣＣＤ可以测量的范围内，然后通过两个二维面阵ＣＣＤ测量将激光光束的二维强度分布转换为电信号，最后通过数据采集和处理系统将测量数据从ＣＣＤ转移到计算机、ＣＣＤ探测到的灰度信号到光强的转换、去除数据的噪声及数据的有效性验证、完成图像边界提取和图像对准和计算增益分布、小信号增益系数和相关的参量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩德，段海峰，杨泽平，张雨东，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]