一种新型高能激光光束质量测量装置

技术领域

本发明属于光电检测领域，具体的涉及一种新型高能激光光束质量测量装置。

背景技术

随着高能激光技术的不断发展以及工业应用与高能激光武器的需要，激光器的功率在不断的提高，达到了数十千瓦甚至数百千瓦的水平。而光束质量作为高能激光重要的性能参数，其指标的好坏直接会影响到实际的加工方法、传输距离的长短以及最后得到的工作质量。为了指导高能激光器的性能不断提升以及对激光器工作过程中的状态进行实时监测，因此需要对其光束质量能够实现实时准确测量。目前用于激光光束质量测量的方法主要有机械扫描法、面阵探测器测量法以及基于夏克—哈特曼方法的仪器测量法，但是对于高能激光光束质量的测量，上述的几类方法将无法直接使用，因为其测量装置会被高能激光损坏，为实现对高能激光光束进行测量，必须对检测系统取样和探测装置进行特殊设计。基于这种改进方式，也涌现了很多高功率激光光束质量测量方法，比如分光束法、滚筒法、实心探针扫描法、空心探针扫描法等，虽然这几类测量方法将激光器光束质量测量量程大幅提升，达到了数十千瓦量级，但是用于数百千瓦的高能激光测量依旧有极大的难度。因此，亟需发展一种快速在线的高能激光光束质量测量方法，解决对高能激光光束质量能够实时在线精确测量的难题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的传统激光光束质量测量方法不适用于高能激光光束质量测量以及现有的高功率激光光束质量测量方法对关键器件要求极高、测量结构复杂、很难实现实时在线测量的问题，本发明提供一种适用于高能激光光束质量测量装置。

本发明采用的技术方案如下：一种新型高能激光光束质量测量装置，包括待测激光光源，还包括高灵敏度线阵CCD、成像镜头、瑞利散射体、高精密电动转台、高精密电动转台运动控制器及计算机；所述瑞利散射体沿高精密电动转台的中间通孔轴心垂直固定于高精密电动转台的转盘上，所述成像镜头与高灵敏度线阵CCD固定连接，所述高灵敏度线阵CCD使成像镜头紧贴所述瑞利散射体的情况下垂直固定于所述高精密电动转台的转盘上，待测激光光源垂直入射到所述瑞利散射体并沿瑞利散射体轴线穿过，通过高精密电动转台运动控制器使所述瑞利散射体、高灵敏度线阵CCD沿所述待测激光光源的光束光轴旋转，完成对待测激光光源输出光束各方向瑞利散射信号采集，经计算机完成数据处理，生成所述待测激光光源输出光束三维、二维光强分布，以及光束传播因子M

本发明的新型高能激光光束质量测量装置，工作量程大，适用范围广，原理简单，能够实时给出高能激光束的时空分布数据；且功率(能量)越高，性能越好。

进一步地，所述计算机用于显示待测激光光源在瑞利散射体内部的光强分布及光束传播因子M

其中：

光束传播因子M

光束质量因子β表征被测激光束的光束质量偏离同一条件下理想光束质量的程度，即：β＝θ/θ

进一步地，所述待测激光光源为低功率激光器或高能激光器；当待测激光光源为低功率激光器时，激光器输出功率最低在10mW以上。

进一步地，当待测激光光源的功率不超过熔石英损伤阈值，瑞利散射体材料采用熔石英块；当待测激光光源的功率超过熔石英损伤阈值，则瑞利散射体材料采用空气。所述瑞利散射体大小根据实际待测激光光源光束截面尺寸、高精密电动转台台面及转台通孔大小选取。

需要说明的是：瑞利散射体的构造和形状有具体的要求，形状设定为立方体，大小由实际待测激光光源光束截面尺寸、高精密电动转台台面及转台通孔大小设定。

进一步地，所述高灵敏度线阵CCD的工作波长为400nm-1100nm。所述高灵敏度线阵CCD为高位宽、小像元、高灵敏度线阵CCD，其工作波长按实际测量对象工作波长下具备最佳量子效率选取，通常情况下选择宽带为主。

进一步地，所述成像镜头为变焦镜头，光谱范围按待测激光对应波长选取，通常情况为紧凑型VIS-NIR(400nm-1100nm)镜头。

进一步地，所述高精密电动转台为中空的高稳定性电动精密转台。其中间通孔大小根据待测激光光源具体光束截面尺寸选取，通常情况下选取标准高精密转台。

进一步地，所述成像镜头与高灵敏度线阵CCD通过标准C口连接。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

本发明的高能激光光束质量测量装置，在实现高能激光光束质量测量的过程中，将降低现有检测装置的系统复杂度，且提升光束质量测量装置的测量量程，解决目前百千瓦级高能激光光束质量测量难题，同时具备实时在线测量特性，能够很方便的嵌入到工业高能激光加工系统及高能激光武器中。

附图说明

图1为本发明的实施例的原理示意图。

图中标记为：1-待测激光光源，2-高灵敏度线阵CCD，3-成像镜头，4-瑞利散射体，5-高精密电动转台，6-高精密电动转台运动控制器，7-计算机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了克服传统激光光束质量测量方法不适用于高能激光光束质量测量以及现有的高功率激光光束质量测量方法对关键器件要求极高、测量结构复杂、很难实现实时在线测量的问题，本发明提供一种适用于高能激光光束质量测量装置，包括待测激光光源1，还包括高灵敏度线阵CCD 2、成像镜头3、瑞利散射体4、高精密电动转台5、高精密电动转台5运动控制器及计算机7；所述瑞利散射体4沿高精密电动转台5的中间通孔轴心垂直固定于高精密电动转台5的转盘上，所述成像镜头3与高灵敏度线阵CCD2固定连接，所述高灵敏度线阵CCD2使成像镜头3紧贴所述瑞利散射体4的情况下垂直固定于所述高精密电动转台5的转盘上，待测激光光源1垂直入射到所述瑞利散射体4并沿瑞利散射体4轴线穿过，通过高精密电动转台5运动控制器使所述瑞利散射体4、高灵敏度线阵CCD 2沿所述待测激光光源1的光束光轴旋转，完成对待测激光光源1输出光束各方向瑞利散射信号采集，经计算机7完成数据处理，生成所述待测激光光源1输出光束三维、二维光强分布，以及各类光束质量因子计算值。

其中，所述待测激光光源1为低功率激光器或高能激光器；当待测激光光源1为低功率激光器时，激光器输出功率最低在10mW以上。

其中，当待测激光光源1的功率不超过熔石英损伤阈值，瑞利散射体4材料采用熔石英块；当待测激光光源1的功率超过熔石英损伤阈值，则瑞利散射体4材料采用空气。所述瑞利散射体4大小根据实际待测激光光源1光束截面尺寸选取。

其中，所述高灵敏度线阵CCD2的工作波长为400nm-1100nm。所述高灵敏度线阵CCD2为高位宽、小像元、高灵敏度线阵CCD 2，其工作波长按实际测量对象工作波长下具备最佳量子效率选取，通常情况下选择宽带为主。

其中，所述成像镜头3为变焦镜头，光谱范围按待测激光对应波长选取，通常情况为紧凑型VIS-NIR(400nm-1100nm)镜头。

其中，所述高精密电动转台5为中空的高稳定性电动精密转台。其中间通孔大小根据待测激光光源1具体光束截面尺寸选取，通常情况下选取标准高精密转台。

其中，所述成像镜头3与高灵敏度线阵CCD 2通过标准C口连接。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。