[發明專利]一種新型光束焦深區域光強分布實時測量方法及裝置

無效

• 申請號: 200910043999.7
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101614585A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 馬浩統;許曉軍;劉澤金;陳金寶;習鋒杰;周樸;王小林;馬閻星;李霄;汪曉波;吳武明;郭少鋒;姜宗福;舒柏宏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G01J1/04;G01J11/00
• 代理公司: 湖南省國防科學技術工業辦公室專利中心
• 代理人: 馮 青

技術領域

本發明涉及一種光束焦深區光強實時檢測方法及裝置，適用于實時檢測光束焦深區傳輸路徑上焦點附近不同位置處的多個平面上的光強分布，尤其適用于檢測高重復頻率激光的光束光強分布。可廣泛應用于超快激光物理實驗和激光核聚變等需要確切知道與物質相互作用面處激光光強分布的研究中。

背景技術

在激光與物質相互作用研究中，一般需要將激光聚焦，以便獲得高的激光功率密度。因此準確測量聚焦光斑的光強分布對研究的進展具有重要的現實意義。在某些具體的應用中，如激光核聚變，需要驅動多路脈沖激光束從不同的角度同時輻照靶丸，這就需要控制多路光束的光強分布，使其在靶丸上的光強分布接近一致，為保證精確性，就需要對各路光束的焦深區域的光強分布進行精確檢測。另外在高精度激光材料加工、激光熱處理、光的數字化處理等應用中，也需要對光束焦深區域的光強分布進行檢測。常規的焦深區域焦點附近前后位置光強分布測量采用移動圖像傳感器逐點測量，測量精度低，且不能應用于測量脈沖激光焦深區域的光強分布。分光鏡法和透鏡陣列法可實現多個位置同時測量，但非全光學實現，存在結構復雜、操作繁瑣等缺陷。

1998年，英國學者Paul?M.Blanchard等人提出了基于散焦光柵的多平面成像技術，并實驗實現了在同一像平面對三個物平面同時成像。散焦光柵實質上是離軸的菲涅耳波帶片如圖1所示，一方面起著普通光柵的棱鏡作用，將入射波前在不同的衍射級上分束；另一方面起著菲涅耳波帶片的透鏡作用，在不同的衍射級上面引入不同的透鏡作用。將兩個散焦光柵正交疊放可用于實現對多個物平面同時成像，如果將更多的散焦光柵疊放在一起，可以實現對更多平面的同時成像。

發明內容

為了克服現有技術存在的問題和實現的復雜程度，本發明基于散焦光柵衍射分光效應，提供了一種簡單而有效的實時檢測入射光束焦深區域焦點前后多個位置處光強分布的方法及裝置。本發明利用散焦光柵和圖像傳感器件結合使用，通過圖像傳感器檢測入射光束成像光斑的光強分布情況，成像光斑分布對應著入射光束焦深區域對應位置處的光強分布，可以直觀地反映入射光束焦深區域焦點附近對應位置處的光強分布，為實時光束控制和光束分析利用提供有效的反饋信息。該發明檢測精度高，操作方便，成本低廉。

本發明的技術解決方案為：

一種新型光束焦深區域光強分布實時測量方法，該方法包含下列步驟：

1、將入射光束采用光束變換器件，分離部分光束用于光束焦深區域光強實時檢測。

2、將散焦光柵和圖像傳感器置于被測光束光路中。

3、調節圖像傳感器位置，將圖像傳感器置于被測光束焦平面上，成像出各級衍射光斑。

4、采用計算實時采集圖像，對圖像進行濾波等處理，濾除圖像傳感器噪聲，得到所成像的光斑分布。

5、根據成像關系得出成像光斑所對應的實際光斑的位置和光強分布情況。

散焦光柵具有對稱分布的正負焦點。散焦光柵結合圖像傳感器可用于對光束焦點附近的光場分布進行實時檢測。圖像傳感器置于入射光束的焦點位置，假設入射光束的等效焦距為f，散焦光柵的正一級等效焦距為f_g，圖像傳感器上面所成像的各級衍射光斑與實際光束光場分布，可根據成像關系得到。

f+n=fg/nffg/n+f---(1)]]>