【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光，涉及一种测量激光光斑强度分布的方案，具体涉及一种远场激光光斑强度分布测量装置及测量方法。
技术介绍
1、激光光斑强度分布测量是激光
一项重要技术。根据多项国际标准的规定，激光束束宽、远场束散角、光束参数积(bpp)和光束位置稳定性等参数的测量是以激光光斑强度分布测量为基础的。许多激光系统的属性如激光本征模式，腔内元件的热效应，光学系统的像差和衍射效应等因素都会响到激光束的波前分布，进而通过激光光斑的强度分布表现出来。对于经过远距离大气传输的激光束，光斑强度分布会受到大气湍流抖动和扩展的影响，发生显著的变化并表现出动态特性。因此，激光光斑强度分布测量也是监测、优化或改进激光器及其应用系统性能的重要技术手段。
2、目前，激光光斑强度分布测量方法可分为基于单探视测器和基于阵列探视器两类。前者一般需要一个光热型探测器与可变光阑相配合，如小孔法，刀口法等，这类方法通常包括扫描过程，测量精度较低，耗时较长，无法实现光斑的实时检测。采用阵列图像传感器(包括ccd或cos)直接测量激光光斑，可以获取高精度，实时的测量结果，缺点是光电探测器芯片的激光损伤阈值较低，这类测量需要搭载激光衰减器件，探测器芯片的尺寸有限，仅能直接测量小尺寸光斑。如果对大尺寸光斑缩束变换，则又加剧光敏面损伤的风险。采用阵列图像传感器的另一种方法是成像法，也就是利用漫反射(或者透射)屏截获被测激光光斑，采用加装光学成像镜头的ccd或者cmos构成数字相机对漫反射光斑进行成像。经过准确标定相机系统参量和合理选择漫反射材科，这种方法具备较好
3、根据相关国际标准化文件(iso 11146-2)的规定，与激光束参数(包括光斑中心、束宽，光束质量等)相关的激光横向强度分布是由魏格纳分布函数定义的，该函数确定了一个与激光电磁场能流方向(即激光传播方向或束轴方向)垂直的平面。激光光斑强度分布的测量是对垂直于激光传播方向同一平面内的强度分布的测量。因此，为了获得正确的测量结果，应保证测量采样始终在同一垂直于光束轴的平面内进行。
4、激光的横截面定义为与激光束传输轴垂直的截面。采用平面阵列传感器的测量方法，需要保证激光束垂直入射在采样平面(光敏面、漫反射或透射屏表面)。对非垂直入射的激光束(或称斜入射光束)进行光斑强度分布测量，将引入测量误差，偏离垂直方向角度越太，误差越大。实验室内的激光束轴对准，可通过精密装调实现，在远距离的外场测试中，则很难保证光束轴的对准。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、本专利技术的目的是：提供一种远场激光光斑强度分布测量装置及测量方法，解决在激光光斑强度分布测量，特别是远场激光光斑强度分布测量时被测光束斜入射而引入测量误差的问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种远场激光光斑强度分布测量装置，其包括：固定漫反射平面01、可动漫反射平面02、光斑相机03、一维平移滑台04、控制和数据处理计算机05，固定漫反射平面01和一维平移滑台04安装在工作台上，可动漫反射平面02安装在一维平移滑台04上，固定漫反射平面01和光斑相机03位于可动漫反射平面02的两侧，漫反射平面01和漫反射平面02相互平行且都与光斑相机光学轴06垂直；固定漫反射平面01的位置固定，可动漫反射平面02能够沿垂直于光斑相机光学轴06的方向移动；光斑相机03连接控制和数据处理计算机05，控制和数据处理计算机05控制光斑相机03进行光斑成像，利用相机标定结果分别解算固定漫反射平面01、可动漫反射平面02处的光斑强度分布，并计算光斑强度分布的一阶矩、计算入射光束的俯仰角和方位角、对测得的斜入射光斑强度分布图像进行仿射变换。
5、其中，所述固定漫反射平面01是能够对入射被测激光实现漫反射的平面，用于对该平面所在位置处的入射激光束进行漫反射，形成该平面处的漫反射激光光斑一09。
6、其中，所述可动漫反射平面02是能够对入射被测激光实现漫反射的平面，用于对该平面所在位置处的入射激光束进行漫反射，形成该平面处的漫反射激光光斑二08。
7、其中，所述光斑相机03是包含光学成像镜头和焦平面阵列光敏面的数字式相机，用于对所述漫反射激光光斑一09、漫反射激光光斑二08分别进行成像采样，将入射的光强分布信号转化为灰度分布图像信号输出。
8、其中，所述一维平移台04实现安装于其上的可动漫反射平面02沿设定方向移动，确保可动漫反射平面02的位置从光斑相机03的视场范围内移动至视场范围外，或者从视场范围外移动至视场范围内。
9、本专利技术还提供一种远场激光光斑强度分布测量方法，包括以下步骤：
10、s1：将可动漫反射平面02移入光斑相机03的视场内，被测激光束入射到可动漫反射平面02，光斑相机03对入射被测激光束进行成像采样；
11、s2：将可动漫反射平面02移至光斑相机03的视场外，被测激光束入射到固定漫反射平面01，光斑相机03对入射被测激光束进行成像采样；
12、s3：对步骤s1和步骤s2的光斑图像的采样结果进行数据处理，计算出固定漫反射平面01、可动漫反射平面02处的光斑强度分布，并通过光斑强度分布的一阶矩计算获得光斑中心的坐标；
13、s4：计算入射激光束的俯仰角θ和方位角φ；
14、s5：利用俯仰角θ和方位角φ构建旋转矩阵、缩放矩阵和对应的仿射变换矩阵，利用这些矩阵基于图像处理技术进行仿射变换，通过斜入射光斑强度分布，计算获得垂直入射的光斑强度分布。
15、步骤s3中，对同一入射激光束，在可动漫反射平面02测得漫反射激光光斑二08的强度分布i(x,y,z)，在固定漫反射平面01测得漫反射激光光斑一09的强度分布i(x′,y′,z′)。
16、步骤s3中，利用光斑强度分布的一阶矩计算获得光斑中心的坐标(xc′,yc′)、(xc,yc)：
17、
18、
19、
20、
21、步骤s4中，俯仰角θ和方位角φ分别为：
22、
23、
24、式中，l为固定漫反射平面01、可动漫反射平面02之间的垂直距离。
25、步骤s5中，基于测得的俯仰角和方位角，构建旋转矩阵和缩放矩阵分别为：
26、
27、
28、对应的仿射变换矩阵为：
29、taff＝trotscale (11)。
30、(三)有益效果
31、上述技术方案所提供的远场激光光斑强度分布测量装置及测量方法，实现了对激光光斑强度分布的准确测量，可以通过对非垂直入射情况下的光斑强度分布的测量值，以及对非垂直入射激光的俯仰角和方位角测量，解算出同一激光束垂直入射情况下的光斑强度分布真实值，该方法即可运用在基于阵列探器直接测量方法中，也可运用在基于成像技术的测量方法中，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，包括：固定漫反射平面(01)、可动漫反射平面(02)、光斑相机(03)、一维平移滑台(04)、控制和数据处理计算机(05)，固定漫反射平面(01)和一维平移滑台(04)安装在工作台上，可动漫反射平面(02)安装在一维平移滑台(04)上，固定漫反射平面(01)和光斑相机(03)位于可动漫反射平面(02)的两侧，漫反射平面(01)和漫反射平面(02)相互平行且都与光斑相机光学轴(06)垂直；固定漫反射平面(01)的位置固定，可动漫反射平面(02)能够沿垂直于光斑相机光学轴(06)的方向移动；光斑相机(03)连接控制和数据处理计算机(05)，控制和数据处理计算机(05)控制光斑相机(03)进行光斑成像，利用相机标定结果分别解算固定漫反射平面(01)、可动漫反射平面(02)处的光斑强度分布，并计算光斑强度分布的一阶矩、计算入射光束的俯仰角和方位角、对测得的斜入射光斑强度分布图像进行仿射变换。
2.如权利要求1所述的远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，所述固定漫反射平面(01)是能够对入射被测激光实现漫反射的平面，用于对该
3.如权利要求2所述的远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，所述可动漫反射平面(02)是能够对入射被测激光实现漫反射的平面，用于对该平面所在位置处的入射激光束进行漫反射，形成该平面处的漫反射激光光斑二(08)。
4.如权利要求3所述的远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，所述光斑相机(03)是包含光学成像镜头和焦平面阵列光敏面的数字式相机，用于对所述漫反射激光光斑一(09)、漫反射激光光斑二(08)分别进行成像采样，将入射的光强分布信号转化为灰度分布图像信号输出。
5.如权利要求4所述的远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，所述一维平移台(04)实现安装于其上的可动漫反射平面(02)沿设定方向移动，确保可动漫反射平面(02)的位置从光斑相机(03)的视场范围内移动至视场范围外，或者从视场范围外移动至视场范围内。
6.一种基于权利要求5所述远场激光光斑强度分布测量装置的远场激光光斑强度分布测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的远场激光光斑强度分布测量方法，其特征在于，步骤S3中，对同一入射激光束，在可动漫反射平面(02)测得漫反射激光光斑二(08)的强度分布I(x,y,z)，在固定漫反射平面(01)测得漫反射激光光斑一(09)的强度分布I(x′,y′,z′)。
8.如权利要求7所述的远场激光光斑强度分布测量方法，其特征在于，步骤S3中，利用光斑强度分布的一阶矩计算获得光斑中心的坐标(x′c,y′c)、(xc,yc)：
9.如权利要求8所述的远场激光光斑强度分布测量方法，其特征在于，步骤S4中，俯仰角θ和方位角Φ分别为：
10.如权利要求9所述的远场激光光斑强度分布测量方法，其特征在于，步骤S5中，基于测得的俯仰角和方位角，构建旋转矩阵和缩放矩阵分别为：
...【技术特征摘要】
1.一种远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，包括：固定漫反射平面(01)、可动漫反射平面(02)、光斑相机(03)、一维平移滑台(04)、控制和数据处理计算机(05)，固定漫反射平面(01)和一维平移滑台(04)安装在工作台上，可动漫反射平面(02)安装在一维平移滑台(04)上，固定漫反射平面(01)和光斑相机(03)位于可动漫反射平面(02)的两侧，漫反射平面(01)和漫反射平面(02)相互平行且都与光斑相机光学轴(06)垂直；固定漫反射平面(01)的位置固定，可动漫反射平面(02)能够沿垂直于光斑相机光学轴(06)的方向移动；光斑相机(03)连接控制和数据处理计算机(05)，控制和数据处理计算机(05)控制光斑相机(03)进行光斑成像，利用相机标定结果分别解算固定漫反射平面(01)、可动漫反射平面(02)处的光斑强度分布，并计算光斑强度分布的一阶矩、计算入射光束的俯仰角和方位角、对测得的斜入射光斑强度分布图像进行仿射变换。
2.如权利要求1所述的远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，所述固定漫反射平面(01)是能够对入射被测激光实现漫反射的平面，用于对该平面所在位置处的入射激光束进行漫反射，形成该平面处的漫反射激光光斑一(09)。
3.如权利要求2所述的远场激光光斑强度分布测量装置，其特征在于，所述可动漫反射平面(02)是能够对入射被测激光实现漫反射的平面，用于对该平面所在位置处的入射激光束进行漫反射，形成该平面处的漫反射激光光斑二(08)。
4.如权利要求3所述的远场激光光...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙井宇，姚林海，卜英华，杨永安，陆培国，韩耀锋，寿少峻，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：
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