激光光束质量ＢＱ因子检测仪制造技术

一种激光光束质量ＢＱ因子检测仪，其构成包括同光路的依次的第一反光镜、第二反光镜、聚焦透镜、可变孔径光阑、成像透镜、分光镜、衰减片和ＣＣＤ，而且所述的聚焦透镜、可变孔径光阑、成像透镜、分光镜、衰减片和ＣＣＤ同光轴，在所述的分光镜的反射方向设置功率计，所述的功率计的数据线和所述的ＣＣＤ的数据线分别与计算机相连，所述的聚焦透镜的焦距为ｆ↓［１］，直径为Ｄ↓［１］；所述的聚焦透镜和成像透镜共焦点，所述的可变孔径光阑插设在所述的聚焦透镜和成像透镜共焦点附近并具有沿光路移动的调节机构，所述的ＣＣＤ具有沿光轴移动的调节机构，所述的计算机具有视频采集卡、数据采集卡和计算激光光束质量ＢＱ因子的数据处理程序。

【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BQ因子检测仪。
技术介绍
激光光束质量.BQ因子——激光束远场桶内功率比，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，特别是对于相干组束 激光阵列的组束效率来说是一个重要的指标(参见Gregory D. Goodno, Charles R Asman, Jesse Andereg， etc. Brightness-Scaling Potential of Actively Phase-Locked Solid-State Laser Arrays, QUANTUM ELECTRONICS, IEEE, VOL. 13， NO. 3,2007)。 BQ因子的定义为其中/^是指理想近衍射极限、光束直径为D的基丰莫光束在发散 角为A/D内的功率与出射功率比值，/为测得的实际激光光束在发散角 为A/D内的功率与出射功率比值，A指的是待测激光波长，Z)指的是待 检测激光束直径。'目前，在高功率激光器光束质量评价中，越来越多采 用BQ来作为评价标准。尤其是采用激光阵列相干组束后具有高功率的 激光束，采用BQ可以更加直接、客观的评价相干组束效果。BQ .测量原理如下首先将待测激光器的出射并经过7隹直的激光束 (光束直径为D)经一长焦(焦距为/;)、大数值孔径的聚焦透镜，用功 率计测出过透镜后的激光功率尸。计算激光功率为尸，光束宽度为D，理想基模激光光束经焦距为y;的聚焦透镜后，在透镜后焦面，即光束腰 斑位置处，以光束中心为圆心，直径为义y;/z)范围内的激光功率值尸2， 公式如下3然后，根据出射激光束宽度D，在通过聚焦透镜后焦面处放置一小孔，小孔直径为4/i/D，小孔中心与光轴重合，测量过该小孔的激光功率/V 再由下式可以计算出BQ。本专利技术的目的在于提供一种激光光束质量BQ因子检测仪，通过测量激光 光束在远场光强分布，以及特定发散角内输出功率与整体功率的比值，然后 计算得到用于评价激光光束质量的BQ因子值。该装置能够方便实时地对激光 光束质量BQ因子进行测量，而且结构紧凑，实用性强。本专利技术的技术解决方案如下一种激光光束质量BQ因子检测仪，特点在于其构成包括同光路的依次的 第一反光镜、第二反光镜、聚焦透镜、可变孔径光阑、成像透镜、分光镜、 衰减片和CCD，而且所述的聚焦透镜、可变孔径光阑、成像透镜、分光镜、 衰减片和CCD同光轴，在所述的分光镜的反射方向设置功率计，所述的功率 计的数据线和所述的CCD的数据线分别与计算机相连，所述的聚焦透镜的焦 距为fp直径为Dn所述的成像透镜的焦距为f2，直径为D2，所述的聚焦透 镜和成像透镜共焦点，所述的可变孔径光阑的小孔直径设定为入fi/D，插设在 所述的聚焦透镜和成像透镜共焦点附近并具有沿光路移动的调节机构，其中D 为待测光束直径，义为待测光束波长，所述的CCD具有沿光轴移动的调节机 构，所述的计算机具有视频采集卡、数据采集卡和计算、激光光束质量BQ因子 的数据处理程序。'所述的聚焦透镜的表面镀有与激光波长相符的增透介质膜，具有较小的 成像误差，且焦距&》500mm，该聚焦透镜具有沿轴向前后移动的机构。所述的可变孔径光阑的直径具有精确控制机构
技术实现思路
所述的成像透镜的表面镀有与激光波长相应的增透介质膜。 所述的计算机具有视频采集卡和求得激光光束质量BQ的数据处理程序， 该程序包括采用一阶距方法计算光斑中心程序、采用二阶距方法计算光斑直径程序、根据测得过特定小孔直径后功率的光束质量BQ计算程序和人机交互功能部分。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BQ因子检测仪的结构示意图。 图2为本专利技术检测仪中数据处理程序流程简图。 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.l，图1为本专利技术激光光束质量BQ检测仪的结构示意 图。由图可见，本专利技术激光光束质量BQ检测仪的构成是在待测激光 器发出的待测激光束的前进方向同光路地依次设置第一反光镜1、第二 反光镜2、聚焦透镜3 (透镜焦距为f》、可变孔径光阑4、成像透镜5 (透 镜焦距为f2)、分光镜6、功率计7、衰减片8、 CCD9，功率计的输出端 数据线11和CCD的输出端数据线12分别与计算机10相连。具体测量 方法，包括如下步骤第一步待测激光器出射经过准直的激光束，调节第一反光镜l和 第二反光镜2，将激光束入射到聚焦透镜3， CCD9将采集到该光斑图形 经CCD的输出端数据线12传送至计算机10，显示在计算机显示器上， 沿光路前后移动CCD9，每移动一次，由软件计算出光斑中心的坐标，移动CCD9后，如果前后两次的光斑中心的坐标值相同，即可以判定入 射到聚焦透镜3上的激光束的传输轴线与聚焦透镜3的光轴重合，如果 光斑中心的坐标值不相同，则调整第一反光镜1和第二反光镜2，然后 .再重复上述操作，直至入射光束的传输轴线与聚焦透镜3的光轴重合。 然后，由计算机内的软件记录由功率计7传输给计算机的功率值P，这 时可变孔径光阑4还没有放入光路中；第二步将CCD9沿光路前后移动，由计算机10内的软件实时地 计算光斑直径，然后将CCD9移动出现最小光斑直径时的位置，并由计 算机记录下光斑直径DL，再由软件计算出激光器发射光束的直径D。第三步将可变孔径光阑4放入聚焦透镜3后焦面处，并将可变孔径 光阑4的小孔的直径设定为义&ZD， ^为激光波长，为了提高放置的准确 性，将小孔沿光路前后移动，通过功率计8观察，确保可变孔径光阑4 放置在功率计8上显示为最大值时的位置，此处即为待测光束经聚焦透 镜3后焦面处，即在聚焦透镜3光束的腰斑位置；第四步通过数据线传输线11将功率计8上的读数传送给计弇机 IO，再由计算机10内的检测仪的软件计箅得到待测激光束的光束质量的 BQ值。数据处理的流程如图2所示计算机10接收到CCD9采集到的光斑灰度图，利用一阶矩的子程 序对包含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， 一般情况下，光斑图中光强分布重心位置就是光斑的中心。光斑中心坐标的计算公式如下<formula>formula see original document page 6</formula>其中/(x,力为U少)处的光强函数值，(S， 7)即为光斑中心坐标。根据上面求出的中心坐标(；，^)，禾,二阶矩求出光斑直径^，光斑直 径的计算公式如下J"J7(JC， y， z)血办其中/(;c,力为(x, >;)处的光强函数值，根据聚焦透镜3的焦距fi，成像 透镜5的焦距f2和A，可以由下面公式计算出激光器发射的激光光束直 径￡ f. i'、2f,根据激光器出射激光功率P，然后利用下面的公式计算激光功率为尸， 光束宽度为Z)，出射功率为尸的理想的基模光束在发散角为内的功 率值尸2:尸2 =~^~i~ J rexP(--^"~r)*然后根据测量得到的尸i值，由下面BQ的计算公式计算得出激光器出射 激光光束的BQ值。BQ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光束质量ＢＱ因子检测仪，特征在于其构成包括依次的同光路的第一反光镜（１）、第二反光镜（２）、聚焦透镜（３）、可变孔径光阑（４）、成像透镜（５）、分光镜（６）、衰减片（７）和ＣＣＤ（９），而且所述的聚焦透镜（３）、可变孔径光阑（４）、成像透镜（５）、分光镜（６）、衰减片（７）和ＣＣＤ（９）同光轴，在所述的分光镜（６）的反射方向设置功率计（８），所述的功率计的数据线（１１）和所述的ＣＣＤ的数据线（１２）分别与计算机（１０）相连，所述的聚焦透镜（３）的焦距为ｆ↓［１］，直径为Ｄ↓［１］，所述的成像透镜（５）的焦距为ｆ↓［２］，直径为Ｄ↓［２］，所述的聚焦透镜（３）和成像透镜（５）共焦点，所述的可变孔径光阑（４）的小孔直径设定为λｆ↓［１］／Ｄ，插设在所述的聚焦透镜（３）和成像透镜（５）共焦点附近并具有沿光路移动的调节机构，其中Ｄ为待测光束直径，λ为待测光束波长，所述的ＣＣＤ（９）具有沿光轴移动的调节机构，所述的计算机（１０）具有视频采集卡、数据采集卡和计算激光光束质量ＢＱ因子的数据处理程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何兵，王炜，周军，楼祺洪，魏运荣，董景星，李震，薛宇豪，刘侠，
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]