[實用新型]中紅外寬譜激光光束質(zhì)量測量儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520486647.X
• 申請日: 2015-07-07
• 公開（公告）號: CN204740122U
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙剛;居盼盼;呂新杰;李世鳳;李宇昕;莫其金;蔣旭東;祝世寧
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于中紅外激光光束表征領(lǐng)域。用以測量中紅外激光的光斑大小，光束遠場發(fā)散角和激光光束質(zhì)量。

背景技術(shù)

中紅外激光在大氣監(jiān)測、激光雷達、國防對抗、科學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。為獲得高效率高光束質(zhì)量的中紅外激光，國內(nèi)外科研單位、商用公司都投入了諸多精力。與此同時，對于獲得的中紅外激光的光束特性的分析也是一個亟待解決的問題。中紅外激光的光斑大小，遠場發(fā)散角、光束質(zhì)量因子是描述激光光束的基本而又重要的參數(shù)。這些光束特性對于中紅外激光的實際應(yīng)用具有重要的影響。

激光光束質(zhì)量的測量主要采用刀口法、狹縫法、針孔法和CCD成像法等，由于CCD成像方便快捷，目前主流的光束分析儀器均采用CCD相機。但是CCD相機一般由硅材料制成，由于硅對于中紅外光譜幾乎無響應(yīng)，因此無法用于中紅外激光的光束質(zhì)量分析。而采用特殊材料的光電成像器件進行中紅外波段光束質(zhì)量的測量，其成本往往非常高昂，并且可以測量的激光波段較為狹窄。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的問題是：目前在對于中紅外激光光束質(zhì)量的測量上沒有簡便的、低成本的測量儀器的問題。本實用新型的中紅外寬譜激光光束質(zhì)量測試儀基于ISO11146標準的狹縫法來測量激光光束質(zhì)量因子。因為采用熱電型功率計，對于3-5um的中紅外光有很好的響應(yīng)，可以用來測量中紅外激光的光束質(zhì)量因子等光束參數(shù)。

本實用新型的技術(shù)方案如下：中紅外寬譜激光光束質(zhì)量測量儀，包括聚焦透鏡、步進電機平臺、可變狹縫單元、功率計、直線平移臺及軌道、高精度步進電機和大行程步進電機；可變狹縫單元放置在步進電機平臺上，步進電機平臺放置在直線平移臺上；步進電機平臺上安裝的高精度步進電機驅(qū)動可變狹縫單元，以可變狹縫的寬窄變化控制待測激光器光束的通過，大行程步進電機控制直線平移臺在軌道上的移動；待測激光器、功率計分別安裝在所述軌道的兩端。

高精度步進電機沿著特定方向來回運轉(zhuǎn)，待測激光光束經(jīng)過一個透鏡聚焦后，其腰斑位于透鏡后某一位置；運用狹縫掃描法(控制狹縫的開合)測得光束在不同位置的光斑半徑，用平移臺可以讀取各處光斑的相對坐標；對測得的光斑半徑(ω)和坐標位置(z)進行擬合，即可得到激光光束經(jīng)透鏡聚焦后的腰斑大小和遠場發(fā)散角，從而也得到了該激光的光束質(zhì)量因子。

采用的功率計為熱電型，包括熱釋電功率計、熱敏電阻功率計或鉑電阻功率計等，對不同波長的激光均有很好的響應(yīng)。功率計可以響應(yīng)的激光波長范圍決定了本測量儀可以探測的波長范圍。本測量儀對于3-5um中紅外激光均有良好的測量效果。

可變狹縫單元與待測激光器之間設(shè)有聚焦透鏡，聚焦透鏡根據(jù)需要的透過率、焦距等參數(shù)可以更換合適透鏡。

測量儀的高度可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同激光光束高度的要求。

采用的狹縫大小可以調(diào)節(jié)。

步進電機的移動速度由程序控制，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)移動速率。

直線平移臺移動坐標位置通過大行程步進電機控制。

該測量儀測量時無需加衰減片，對于W級激光可以直接測量。

本實用新型采用的測量中紅外激光光斑大小的方法是狹縫掃描法。狹縫平面垂直于光束傳播方向放置在一個步進電機平移臺上。激光光束被狹縫面板遮擋住，只有狹縫部分的光可以透過，入射到放置在狹縫后方的熱敏功率探頭上。緩慢移動狹縫，使得光束的不同部分透過狹縫。狹縫沿著切割激光光束方向移動，功率計測得功率曲線從初始值0到最大值再回到0。根據(jù)得到的功率—坐標曲線即可算出該位置處的激光光斑大小。

根據(jù)ISO11146標準，激光光束質(zhì)量因子的直接測量方法是沿著激光傳播方向(z軸方向)測得不同位置的激光光斑大小，然后對光斑大小和坐標做雙曲線擬合，即可得到該激光光束的腰斑大小、位置，遠場發(fā)散角和光束M²因子。測量數(shù)據(jù)至少為10組，并且至少5組數(shù)據(jù)在光束瑞利距離以內(nèi)，至少5組在瑞利距離之外。而往往待測激光光束的腰斑不能直接測得，則令待測激光光束經(jīng)過一個薄透鏡聚焦后，用上述同樣的方法測得透鏡匯聚之后的光束的腰斑大小，遠場發(fā)散角和光束質(zhì)量因子。因為薄透鏡不會改變激光光束的質(zhì)量因子，因此所測得的光束質(zhì)量因子即為待測激光光束的質(zhì)量因子；已知該聚焦薄透鏡的參數(shù)后即可推算出待測激光光束的腰斑位置和大小。