[發明專利]嵌入式激光光束質量測量裝置

無效

• 申請號: 200810051666.4
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101644600A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 王彩霞;王曉曼;王菲;景文博;劉樹昌;趙海麗
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G01B11/08;G01M11/02
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明涉及嵌入式激光光束質量測量裝置。

背景技術

隨著激光技術的不斷發展以及人們對高科技產品的不斷開發與完善，激光 技術的應用越來越深入到人們的日常生活中。激光——這一近幾十年才發展起 來的主動光源——具有單色性、相干性、方向性好和高強度的特點，在軍用、 民用、工業、科研和醫學等領域應用廣泛。而激光光束質量則是衡量激光產品 性能的重要標準。研究、測量激光光束的空間能量分布，給出激光光束質量的 科學評價，對激光器設計及應用具有極其重要的意義。近年來，如何用一種簡 便、精確、實用的方法測量、評價激光器發出的激光的光束質量，已經成為具 有實際經濟意義且值得世界范圍內從事光學、電學的科技工作者們進行深入研 究的一項重要課題。然而，評價激光光束質量的標準問題長期困擾著光學界， 傳統的評價激光光束質量的方法主要有聚焦光斑尺寸法、遠場發散角β值法等。 這些方法各有優缺點，長期以來未占主導地位，未能形成統一的評價激光束質量 的標準。近年來，一種表征激光光束質量的M²因子被國際光學界所公認，并由 國際標準化組織(ISO)予以推薦。M²因子法克服了常用的光束質量評價方法的 局限，用M²值作為評價標準對激光器系統進行質量監控及輔助設計等具有十分 重要的意義。

基于M²的激光光束質量分析理論已經相當成熟，國外已經有了相應的測量 儀器。很有代表性的產品主要有：SPIRICON公司研制的M²-200；THORLAB公司 研制的BP-109。這兩種產品都采用了典型測量方法；將從激光器中發射出來的 激光經過一個無像差的凸透鏡后，利用電荷耦合器件CCD將激光在束腰附近的 橫向光束進行步進式成像，并且在計算機中顯示成像效果，通過圖像處理技術 將光束的X和Y方向上的各個光束尺寸測量出來，將一系列測量數據進行數據 擬合，通過公式計算出X和Y方向上的M²的值。不同的是，BP-109采用直線式 設計，而M²-200通過反射鏡反射光束，縮短光程，減小了測量儀器的尺寸。(參 考文獻：中國專利號為20061002349)

以上產品雖然已經能夠對激光光束質量進行較好的評價，但都是采用與個 人計算機PC機進行對接，通過圖像采集卡和計算機進行圖像的采集和計算。這 種設計思路形成的產品不易攜帶，產品的工作必須在計算機的控制下進行，產 品的應用環境受到了限制。當激光光強過大時，CCD產生的圖像會趨于飽和， 以上裝置均采用濾光片對光強進行衰減。這種方法雖然能得到相應的效果，但 是不能對激光光強進行連續調節。

發明內容

本發明采用液晶調光技術實現激光光強的自動化連續調節；采用M²-200的 設計方式，即用兩個反射率為99％的平面反射鏡進行光束折返來縮短激光光束 傳輸的光程，從而減小裝置體積；采用嵌入式處理器-ARM11代替個人計算機構 成便攜式、一體化的激光光束質量測量裝置。

本發明的嵌入式激光光束質量測量裝置包括光學單元1、機械單元2、電子 學單元3三個部分；所述的電子學單元3通過相機45、步進電機44與機械單 元2連接；被測試激光器發射出的激光光束經光學單元1入射到電子學單元3 的相機45上；

如附圖1所示，光學單元1的構成由液晶調光單元5、平凸透鏡6、平面反 射鏡7和平面反射鏡8組成；所述的平凸透鏡6、平面反射鏡7共光軸且從左 至右依次放置，激光器發射出的激光光束經平凸透鏡6聚焦縮束，由反射率達 99％的平面反射鏡7和平面反射鏡8反射后，通過液晶調光單元5進行連續衰減， 由電子學單元3中的相機45進行接收；

如附圖6所示，光學單元1中的液晶調光單元5的構成包括起偏片60、液 晶61、檢偏片62和液晶控制電源63；所述的液晶調光單元5同軸依次順序放 置起偏片60、液晶61和檢偏片62，且起偏片60和檢偏片62必須正交放置， 液晶控制電源63是由數字信號處理器42控制數模轉換器DAC0832的輸出實現 的數值可以變化的電源；液晶調光單元5的光路如附圖7，激光器發射出激光 光束經平凸透鏡6進行變換又經起偏片60起偏后變成圓偏振光，經液晶61和 檢偏片62衰減后，入射到相機45的光敏面上，由相機45接收激光光斑的圖像 信息；