激光参数综合测试系统技术方案

一种激光参数综合测试系统，构成包括尖劈分光镜、凹球面反射镜、数字面阵ＣＣＤ相机、硅光电二极管、光电探测器、能量探头、光谱仪、可调衰减器、步进电机及带有采集卡和控制卡的计算机，待测激光束入射到平面反射镜上，利用该平面反射镜的透射光测量激光束的单脉冲能量、脉冲宽度、重复频率和波长，尖劈分光镜将该平面反射镜的反射光分为两束，一束用来观察近场光斑，另一束用来测量激光束的Ｍ２因子、远场发散角、束腰直径和指向稳定性。本发明专利技术可对激光束单脉冲能量、波长、脉冲宽度、重复频率、Ｍ２因子及指向稳定性进行综合、准确、稳定的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光参数测量，特别是一种激光参数综合测试系统，可对激光单脉冲能量、波长、脉冲宽度、重复频率、M2因子、远场发散角、束腰直径和指向稳定性进行测试。
技术介绍
要对激光束的性能进行测试，常规的做法是针对不同的激光参数，使用不同的测试光路和测量器件 (1)脉冲激光单脉冲能量(或连续激光功率)的测量使用常规的热释电型能量(或功率)计，热释电型探测器有着很宽的光谱范围和较高的探测率，适用于室温下脉冲激光单脉冲能量(或连续激光功率)的测量； (2)激光波长用常见的光栅分光的方法进行测量，根据测量波长和分辨率选择光栅类型及刻线密度； (3)脉冲激光的重复频率和脉宽用示波器测量，根据测量重复频率和脉宽选择示波器的带宽和采样率； (4)激光束腰直径的测量方法有可变光阑法、移动刀口法、移动狭缝法和面阵CCD相机探测法，其中面阵CCD法因其操作简便而被广泛使用； (5)远场发散角的测量方法，是用设计良好的透镜对待测激光束进行聚焦，其焦距为f，用(4)中提到的方法测量透镜后焦面处的光斑直径df，则待测激光束的远场发散角可表示为 (6)指向稳定性的测量方法，对待测激光束进行聚焦，透镜焦距为f，用CCD在透镜后焦面处进行激光光斑探测，根据光斑图像的一阶能量分布计算得到光斑的质心，连续进行多次光斑探测即可得到激光束在X，Y方向的质心位置偏差σx，σy，则激光束在X，Y方向上的指向稳定性可表示为 (7)M2因子的测量，目前已发展有多种技术，详细介绍如下。 激光束的M2因子是描述激光特性的重要技术指标，它的定义为 M2因子同时包含了激光束的近场特性和远场特性，也具有无像差光学系统传输不变性的重要特点，使得其得以广泛推广。 关于激光束M2因子、束腰直径和远场发散角的测量，国际标准化组织规定，“可以通过测量不同传输位置z的光束宽度的二次曲线拟合后得到。这样，至少需要测量10个点，其中至少有半数应该是在光腰任一侧的一个瑞利长度内，并且至少有一半应该分布在离开光腰2个瑞利长度内”。具体测量方法的实现主要有如下几种 一是用一个设计良好的透镜将待测激光束聚焦以保证激光束适宜于CCD相机探测，CCD相机在聚焦光束的传输方向上对束腰前后不同位置处的光斑进行采集，再经二次曲线拟合得到M2因子。这种技术操作简单，是比较成熟的测量技术，使用该技术的商品化的测量仪器有美国Spiricon公司的M2-200和美国Photon公司的ModeScan。 二是A.E.Siegman所用的三点法。A.E.Siegman在1992年采用一个焦距为100mm的透镜对激光束进行聚焦，用三块分光镜将光束分为强度一样的三束，并分别测量聚焦光束的束腰直径和两个焦后位置的光束直径，经计算得到激光束的M2因子。该方法的缺点是光斑采集样点太少，测量误差大。 三是使用两块正交偏心菲涅尔光栅将待测激光束同时分成9束，在接收面上得到的9个光程互不相同的光斑，即可同时实现激光束不同位置处的光斑采集。该方法的优点是可实现M2因子的实时测量，不过该偏心菲涅尔光栅设计复杂，难于操作，光栅的存在易引入较大的像差，且所接收光斑由于不是垂直光束的正面接收而存在光强分布的失真。 四是使用设计良好的透镜对待测激光束进行聚焦，再用双平行平板对聚焦光束进行分光，同时得到激光束10个光程互不相同的光斑，即可同时实现激光束不同位置处的光斑采集。该方法的优点是可实现M2因子的实时测量，并适宜于大能量激光的测量。该方法得到的各光斑的峰值功率密度差异和光程差与两平行平板的间距和激光束进入平板的入射角和有关，要保证M2因子计算的精确性，需对两平行平板的间距和激光束进入平板的入射角进行准确调节，增加了该方法使用的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光参数综合测试系统，实现用一台仪器测量激光多个参数，包括单脉冲能量、脉冲宽度、重复频率、波长、M2因子、束腰直径、远场发散角和指向稳定性等。本专利技术的特点是实用，结构紧凑，操作简单。 本专利技术的技术解决方案如下 一种激光参数综合测试系统，特点在于其构成包括 在待测激光束的前进方向斜置一平面反射镜，该平面反射镜将所述的待测激光束分为透射光束和反射光束 在所述的透射光束的光路上设置能量探头，该能量探头的入射面固定有毛玻璃，该能量探头的输出端经第二数据采集卡与计算机相连； 在所述的反射光束的光路上依次设置可调衰减器和尖劈分光镜，该尖劈分光镜将所述的反射光束又分成两束激光第一束激光由短焦距凹球面反射镜成像，由第一数字面阵CCD相机接收以观察近场光斑，该第一数字面阵CCD相机的输出端经图像采集卡接所述的计算机；第二束激光经长焦距凹球面反射镜成像后，由位于移动平台上的第二数字面阵CCD相机采集光斑，该第二数字面阵CCD相机的输出端经所述的图像采集卡接所述的计算机，该计算机的输出端经控制卡接驱动电路，该驱动电路的输出端接步进电机，该步进电机驱动所述的移动平台运动；所述的可调衰减器与所述的计算机相连； 在所述的能量探头的毛玻璃的激光漫反射空间分别设置硅光电二极管、光电探测器和光纤接收头，所述的硅光电二极管经第一数据采集卡与计算机相连，所述的光电探测器与计算机相连，所述的光纤接收头接光谱议的输入端，该光谱议的输出端接所述的计算机。 所述短焦距凹球面反射镜焦距为f1，长焦距凹球面反射镜焦距为f2，第一数字面阵CCD相机到短焦距凹球面反射镜的距离≤f1；所述的第二数字面阵CCD相机到所述的长焦距凹球面反射镜的最短距离d0满足0.8f2＜d0＜f2，所述的长焦距凹球面反射镜离轴角≤3°。 所述计算机具有相应的软件，负责系统内各测量器件的控制和各测量参数的读取、数据处理、存储、显示及输出打印。 本专利技术的优点是 1.在本专利技术中，用能量探头接收待测激光束的透射光束实现了单脉冲能量的测量，能量探头表面固定的毛玻璃为硅光电二极管、光电探测器和光谱仪提供散射光，实现了脉冲宽度、重复频率和波长的测量，尖劈分光镜待测激光束的反射光束分为两束，该两束光分别由两凹球面反射镜成像并分别由两个CCD接收，实现了近场光斑的观察和M2因子、束腰直径、远场发散角、指向稳定性的测量，设备集成度高。 2.本专利技术除了可对脉冲激光进行测量，也可对连续激光进行测量，只是表征参数不同功率、波长、M2因子、束腰直径、远场发散角和指向稳定性。 3.在本专利技术中，各参数的测试单元相互独立又可同时运作，可单独对某个激光参数进行测量，又可实现激光各参数的同步、实时测量。 4.在本专利技术中，对于M2因子、束腰直径、远场发散角和指向稳定性的测量，使用长焦距凹球面反射镜作为聚光元件，而且该凹球面反射镜以小离轴角放置，因此无色差引入，所引入的球差和像散相对较小。 附图说明 图1为本专利技术激光参数综合测试系统的结构示意图。 图2为本专利技术M2因子等参数的测量流程图。 图3为本专利技术激光参数综合测试系统的测试流程图。 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1，图1为本专利技术激光参数综合测试系统的结构示意图。由图1可见，本专利技术激光参数综合测试系统的构成是 在待测激光束22的前进方向斜置一平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光参数综合测试系统，特征在于其构成是：在待测激光束（２２）的前进方向斜置一平面反射镜（１），该平面反射镜（１）将所述的待测激光束（２２）分为透射光束（２３）和反射光束（２４）：在所述的透射光束（２３）的光路上设置能量探头（１５），该能量探头（１５）的入射面固定有毛玻璃（１４），该能量探头（１５）的输出端经第二数据采集卡（１６）与计算机（８）相连；在所述的反射光束（２４）的光路上依次设置可调衰减器（２）和尖劈分光镜（３），该尖劈分光镜（３）将所述的反射光束又分成两束激光：第一束激光（２５）由短焦距凹球面反射镜（４）成像，由第一数字面阵ＣＣＤ相机（６）接收以观察近场光斑，该第一数字面阵ＣＣＤ相机（６）的输出端经图像采集卡（２１）接所述的计算机（８）；第二束激光（２６）经长焦距凹球面反射镜（５）成像后，由位于移动平台（１７）上的第二数字面阵ＣＣＤ相机（７）采集光斑，该第二数字面阵ＣＣＤ相机（７）的输出端经所述的图像采集卡（２１）接所述的计算机（８），该计算机（８）的输出端经控制卡（２０）接驱动电路（１９），该驱动电路（１９）的输出端接步进电机（１８），该步进电机（１８）驱动所述的移动平台（１７）运动；所述的可调衰减器（２）与所述的计算机（８）相连；在所述的能量探头（１５）的毛玻璃（１４）的激光漫反射空间分别设置硅光电二极管（９）、光电探测器（１３）和光纤接收头（１１），所述的硅光电二极管（９）经第一数据采集卡（１０）与计算机（８）相连，所述的光电探测器（１３）与计算机（８）相连，所述的光纤接收头（１１）接光谱议（１２）的输入端，该光谱议（１２）的输出端接所述的计算机（８）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯霞，杨静蕊，陈卫标，刘荣涛，杨燕，胡善江，夏文兵，
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]