[發明專利]一種大尺寸激光光斑實時監測方法

有效

• 申請號: 201210238780.4
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN102721467A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 江厚滿;楊軼;趙國民;張烜喆;劉磊;齊恩宇;康磊
• 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;G01J1/10
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 魏國先

技術領域

本發明涉及一種強激光光斑測量方法，尤其是一種大尺寸激光光斑時空分布的實時監測方法。

背景技術

激光光斑測量，特別是獲取激光到靶功率密度時空分布特征，在強激光對靶目標的輻照效應研究中非常重要，它可能決定激光與靶目標相互作用過程中的主要物理機制。常用的方法，是在主光路中通過分光鏡分出較弱的一束參考光，由相機實時記錄參考光光斑，并通過標定靶面處激光功率占激光器輸出總功率的百分比，從而獲得激光到靶功率密度的絕對時空分布。應用該監測方法顯然應具備以下前提：（1）在參考光光路中，存在靶面的共軛面，即相機在此位置記錄的參考光光斑尺寸和光斑形態與靶面處相同。（2）可以準確標定靶面處激光功率占激光器輸出總功率的百分比。

當激光輻照效應實驗需要在靶面處形成大尺寸光斑時，一般需要對激光器輸出光束進行擴束?，F行激光到靶功率密度時空分布監測方法，在實現上述兩個前提時遇到了較大的困難。(1)?參考光光路上難以設立靶面的共軛面。因為考慮到分光鏡的尺度限制，一般將分光鏡置于主光路擴束系統之前；除非使用另一套相同的擴束系統，在參考光光路上將不存在靶面的共軛面，這無疑會增加實驗成本以及系統復雜性。（2）難以找到合適口徑的功率計在靶面處接收全部光束，以標定靶面處激光功率占激光器輸出總功率的百分比。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現行激光到靶功率密度時空分布監測方法的不足，而提供一種能夠實時監測大尺寸激光到靶功率密度分布、且較易實現的方法。

本發明采用的技術方案是：

基于分光鏡之后擴束系統對主光束的線性變換，開展標定實驗，計算標定線性變換因子M，通過標定線性變換因子M，以參考光光斑表征靶面光斑功率密度的相對分布；同時，對靶面光斑的局部區域進行功率采樣，結合參考光光斑圖像相應區域中的灰度值D_i占其圖像灰度總和D₀的百分比，換算獲得激光到靶功率P₀。

上述技術方案中，在標定實驗中，還可記錄下相機拍攝所用衰減片的透過率值T₀與D₀、P₀這三者之間的對應關系；輻照效應實驗時，根據相機實際拍攝所用衰減片的透過率值T與參考光光斑圖像灰度總值D，計算得到激光實際到靶功率值P。

上述技術方案中，具體方法步驟如下：

1）開展標定實驗，整個標定系統包括分光鏡、測量參考光光斑所用相機、接收參考光光束所用漫反屏、分光鏡后主光路光學系統、?測量靶面處主光斑所用相機、接收主光路光束所用漫反屏、靶面功率采樣所用功率計，分光鏡后光路分為參考光光束和主光路光束，接收主光路光束所用漫反屏上開有一孔，靶面功率采樣所用功率計在其后接收透過的光束，進行局部功率采樣；

同時監測兩處漫反屏光斑以及采樣區域激光功率，利用光斑監測數據計算靶面光斑與參考光光斑之間的線性變換因子，通過幾何相似變換，確定功率采樣孔在參考光光斑圖像內的對應位置，此處稱為孔洞映像；

2）根據參考光光斑孔洞映像內的像素灰度值D_i和功率計監測數據，可得單位灰度值所表征的功率；根據D_i占參考光光斑圖像灰度值總和D₀的百分比，可推算激光到靶功率P₀；

3）記錄下標定實驗中，測量參考光光斑相機拍攝所用衰減片的透過率值T₀；

4）用靶材替換靶面處漫反屏，進行激光輻照效應實驗，實驗中，選定合適透過率T的衰減片，用測量參考光光斑相機監測參考光光斑，計算其圖像的灰度值總和D，根據T₀-D₀-P₀的對應關系，由T、D可求得激光實際到靶功率，進而由參考光光斑圖像獲得靶面激光功率密度的分布。

上述技術方案中，所述的灰度值在一般圖像處理技術中有明顯的定義。

本發明突出的實質性特點和顯著效果：

1、本發明提供了一種簡單易行的大尺寸光斑實時監測方法，它基于參考光光斑和靶面光斑之間的線性變換關系，以參考光光斑表征靶面處激光功率密度分布，無須在參考光光路中再引入一套擴束系統以引入靶面共軛面，減少了實驗成本，降低了實驗系統復雜性。

2、本發明提出的靶面功率采樣方式，降低了對激光功率計相關技術指標的要求，可根據功率計的量程與通光孔徑，設計合適的采樣區域。