【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光强分布测量方法，特别涉及一种基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法。
技术介绍
1、随着激光技术的发展，高能激光在工业加工、强场物理研究、生物医学等领域应用日益广泛。在需将高能激光的能量在远场进行汇聚的应用中，激光光束质量尤为重要。因而，对高能激光的光束质量进行实时测量和诊断的需求日益迫切，也吸引了大量研究者的注意。目前对于激光的光束质量有多种评价标准，如m2因子、衍射极限倍数因子(β因子)、pib(桶中功率)、斯特列尔比等。采用上述列举的这些评价标准对激光的光束质量进行评价时，大多需要对待测平面的光强分布进行测量。
2、现有的对待测平面的光强分布进行测量的方法大多通常是基于光阑进行激光功率取样测量，以实现对光强分布的测量；具体为：激光入射到光阑所在平面，对透过光阑的激光进行功率测量，利用测量得到的激光功率除以光阑面积，直接得到光阑所在位置的激光光强。采用上述现有的这种基于光阑进行激光功率取样的激光光强分布测量方法进行光强分布测量，其空间分辨力受限，采用该方法的空间分辨力与光阑尺寸接近，使得尺寸小于光阑尺寸的精细光斑结构的光强分布难以测量。
3、在基于光阑进行激光功率取样的激光光斑光强分布测量领域，也有论文公开了其它的测量方法，如shaowu chen等报道的“beam quality measurement of high powerlaser by using an involute pinhole array(光阑阵列旋转扫描光斑的测量装置)”(rev.sci.instrum
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，以解决采用现有测量方法对激光光斑光强分布进行测量时，其空间分辨力受限于光阑尺寸，对尺寸小于光阑尺寸的精细光斑结构的光强分布难以测量的技术问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一种基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
3、步骤一：基于光阑进行激光功率取样测量，以获得待测平面上所有取样位置的激光功率取样值；
4、步骤二：将待测平面上的激光光斑图像划分成多个像素点，定义每个像素点的像素的强度值为该像素点的原始光强；然后建立步骤一中获得的所述待测平面上所有取样位置的激光功率取样值和待测平面上所有所述像素点的原始光强的对应关系矩阵；
5、步骤三：利用反问题求解法，对步骤二中所述的对应关系矩阵进行求解，得到待测平面上所有所述像素点的原始光强序列，完成激光光斑复原。
6、进一步地，所述步骤一包括以下步骤：
7、步骤1.1：将光阑插入激光光路中的待测平面位置，所述待测平面垂直于激光光轴，所述光阑轴线平行于激光光轴且光阑位于所述待测平面上的一个取样位置处；然后对透过光阑的激光功率进行测量，获得待测平面上该光阑所在取样位置的激光功率取样值；
8、步骤1.2：沿垂直于激光光轴的方向移动光阑至待测平面上的下一个取样位置，且所述下一个取样位置和与其相邻的上一个取样位置的光阑覆盖区域应有重叠区域；然后再次对透过光阑的激光功率进行测量，获得待测平面上所述下一个取样位置的激光功率取样值；
9、步骤1.3：重复执行所述步骤1.2，直至完成对待测平面上所有取样位置的激光功率测量，获得待测平面上所有取样位置的激光功率取样值。
10、在上述步骤1.2中之所以将下一个取样位置与与其相邻的上一个取样位置的光阑覆盖区域设置成应有重叠区域，是因为这样设置能够保证测量的激光功率取样值具有可压缩性。
11、进一步地，所述步骤二包括以下步骤：
12、步骤2.1：将待测平面上的激光光斑图像划分成多个像素点，定义每个像素点的像素的强度值为该像素点的原始光强；则待测平面上第i个取样位置的激光功率取样值与待测平面上的原始光强分布之间的关系如下式[1]所示：
13、
14、式[1]中：pi表示待测平面上第i个取样位置的激光功率取样值；i(x，y)表示待测平面上的原始光强分布；x和y分别表示待测平面上的所述像素点的横坐标和纵坐标；xi和yi分别表示待测平面上第i个取样位置中心的横坐标和纵坐标；r表示光阑径向尺寸；
15、步骤2.2：依据步骤2.1中所述式[1]，建立待测平面上所有取样位置的激光功率取样值和待测平面上所有所述像素点的原始光强的对应关系矩阵，如下式[2]所示：
16、p＝a·i [2]；
17、式[2]中：p表示待测平面上所有取样位置的激光功率取样值序列，p∈rm，r为实数，m为激光功率取样次数；i表示待测平面上所有所述像素点的原始光强序列，n2为所述像素点数量；a为测量矩阵，且为与光阑形状和位置有关的已知量，
18、进一步地，所述步骤三中，利用反问题求解法求取待测平面上所有所述像素点的原始光强序列时，基于正则化方法进行求解；
19、依据所述式[2]，求解得到的待测平面上所有所述像素点的原始光强序列的基本框架如下式[3]所示：
20、
21、式[3]中：pk表示待测平面上所有取样位置的激光功率取样值序列中的第k个激光功率取样值；pk-aki表示待测平面上所有取样位置的激光功率取样值序列中的第k个激光功率取样值与与其对应的复原图像计算值的残差；φ(·)表示复原图像的数据保真项；r(·)表示复原图像的正则化项；λ(k)表示正则化参数。
22、进一步地，为了使空间分辨力再进一步提高，光斑复原的更加清晰，所述光阑为小孔光阑。
23、进一步地，为了方便计算，所述光阑为圆形或正方向。
24、本专利技术的有益效果是：
25、(1)本专利技术的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，先通过光阑实现对激光功率的稀疏取样；然后通过将待测平面上的激光光斑图像划分成多个像素点，定义每个像素点的像素的强度值为该像素点的原始光强；然后再建立稀疏取样的待测平面上所有取样位置的激光功率取样值和待测平面上所有像素点的原始光强的对应关系矩阵；最后利用反问题求解法，求解得到高精度的待测平面上所有像素点的原始光强序列，完成激光光斑复原。采用本专利技术方法，由于引入了像素点，建立了待测平面上所有取样位置的激光功率取样值和待测平面上所有像素点的原始光强的对应关系矩阵，再利用反问题求解法进行求解，因此，采用本专利技术方法，明显提升了传统基于光阑对待测平面的光强分布进行测量方法的空间分辨力；而且光斑复原计算过程中由于引入了像素点，因此采用本专利技术方法进行激光光斑复原，其空间分辨力不再受限于光阑尺寸，可以对尺寸小于光阑尺寸的精细光斑结构的光强分布进行测量；综上所述，本专利技术解决了采用现有测量方法对激光光斑光强分布进行测量时，其空间分辨力受限于光阑尺寸，对尺寸小于光阑尺寸的精细光斑结构的光强分布难以测量的技术问题。采用本专利技术方法进行激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于：所述光阑为小孔光阑。
6.根据权利要求1所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于：所述光阑为圆形或正方向。
【技术特征摘要】
1.一种基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于，所述步骤一包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的基于光阑进行激光功率取样的激光光斑复原方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：栾昆鹏，王大辉，杨鹏翎，陶波，赵海川，方波浪，冯刚，吴勇，王振宝，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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