[發明專利]基于ENZ理論的激光光束檢測裝置及方法

無效

• 申請號: 201210464004.6
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102980667A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 劉敏時;王曉曼;王斌
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01J1/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種基于ENZ理論的激光光束檢測裝置及方法，所述激光光束檢測裝置屬于一種激光波前及特征值檢測裝置，能夠完成激光波前的高精度測量，所述激光光束檢測裝置還能夠作為激光通信中波前探測裝置，所述激光光束檢測方法能夠完成激光相關特征值的計算，屬于激光技術領域。

背景技術

激光已經被廣泛應用于各行各業，激光檢測設備也是各種各樣。由于對激光的各項技術指標要求越來越高，對激光檢測設備也就提出了越來越高的要求。現有波前探測裝置為哈特曼波前傳感器，用于激光測量、激光通信以及光學元件檢測等。哈特曼波前傳感器的前端需要配合擴束及縮束系統，同時，哈特曼波前探測器還需要在CCD探測器前端裝調微透鏡陣列。可見采用哈特曼波前傳感器檢測激光光束操作步驟繁瑣；在CCD探測器前端裝調微透鏡陣列會給整個系統帶來裝調誤差，影響整個波前的檢測精度，微透鏡陣列還會制約探測動態范圍；哈特曼波前傳感器的分辨率為前端微透鏡陣列的陣列數，因此，采用哈特曼波前傳感器波前探測分辨率難以提高；同樣是由于微透鏡陣列的存在，探測到的激光束的能量也會降低，從而使探測到的圖像的信噪比降低；哈特曼波前傳感器所使用的CCD探測器應當具有較大尺寸的探測面，其中的微透鏡陣列造價較高且裝調難度大，必須配備擴束及縮束部件，這些因素導致哈特曼波前傳感器成本升高。

基于所述裝置的計算波前及特征值的方法有若干種，然而，作為完整的方案，其來自裝置的不足依然存在。

發明內容

為了在激光光束檢測過程中，簡化檢測步驟，提高整個波前的探測精度，提高波前探測分辨率，提高探測到的圖像的信噪比，降低檢測裝置的成本，我們發明了一種基于ENZ理論的激光光束檢測裝置及方法。

在本發明之基于ENZ理論的激光光束檢測裝置中，CCD探測器1與數據處理計算機2相連，如圖1所示，其特征在于，成像透鏡3位于CCD探測器1前方，CCD探測器感光面4與成像透鏡3焦平面c平行；CCD探測器1固定在滑塊5上，滑塊5與導軌6構成導軌滑塊機構。

本發明之基于ENZ理論的激光光束檢測方法其特征在于，如圖1、圖2所示，取成像透鏡3焦平面c處及對稱的前離焦面a處、后離焦面b處的被檢激光光束光斑強度圖像；被檢激光光束波前的擬合過程如下，首先采用擴展Nijboer-Zernike多項式構造波前擬合系數求取方程組，求解該方程組得到擬合光瞳平面激光光束波前的復數波前擬合系數值，然后通過迭代算法，去除引入的高階誤差，得到精確的波前擬合系數值，從而得到光瞳平面激光光束的相位和振幅，最后，擬合得到被檢激光光束光瞳平面波前；被檢激光光束特征值計算過程如下，根據由被檢激光光束波前得到的激光光束的相位信息以及被檢激光光束光斑強度圖像中的強度信息，通過矩法計算得到被檢激光光束特征值，包括束寬值d，束散角θ_σ，質量因子M²，束腰寬度d₀，瑞利長度z_R，束腰位置z₀。

本發明其技術效果在于，在本發明之檢測裝置中并沒有諸如現有采用哈特曼波前傳感器的檢測裝置所必備的前端擴束及縮束系統、微透鏡陣列等部件，因此，采用本發明之裝置檢測激光光束操作步驟簡捷。同樣也不存在因裝調微透鏡陣列而帶來的裝調誤差，避免這種誤差對檢測精度的影響，擺脫了微透鏡陣列對探測動態范圍的制約。由于被檢激光光束經成像透鏡3成像于CCD探測器感光面4上，光斑強度圖像的分辨率不受如微透鏡陣列這樣的部件的參數的限制，因此能夠得到應有的提高，從理論上講，本發明實際波前檢測分辨率高于CCD探測器1的分辨率，同時遠遠高于哈特曼波前探測器的分辨率。同樣是由于沒有微透鏡陣列的存在，探測到的被檢激光束能量較高，探測到的光斑強度圖像的信噪比因此得到提高。由于本發明只由一個成像透鏡3將被檢激光光束成像，不僅舍棄現有技術所使用的擴束及縮束部件、微透鏡陣列，而且可以減小CCD探測器感光面4的尺寸，與現有哈特曼波前傳感器中的CCD探測器相比，本發明檢測裝置中的CCD探測器感光面4減小二分之一也能滿足要求，雖然增設了由滑塊5與導軌6構成的導軌滑塊機構，相比而言，檢測裝置的成本還是大幅降低。

本發明之檢測方法只需根據由本發明之檢測裝置探測到的一幅在焦、兩幅對稱離焦被檢激光光束光斑強度圖像中的強度信息以及從導軌滑塊機構讀取的離焦量，根據擴展Nijboer-Zernike理論（ENZ）及矩法算法，即可得到被檢激光光束波前和特征值，在檢測裝置克服現有技術不足的同時實現激光光束的檢測。具有檢測裝置簡單、檢測過程簡捷的特點。

附圖說明