[發(fā)明專利]提高液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置測(cè)量速度的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810040068.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN108414081A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓志剛;孟令強(qiáng);沈華;朱日宏;季琨皓;孔慶慶;經(jīng)逸秋;李思宇;楊哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J1/42
• 分類號(hào): G01J1/42
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種提高液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置測(cè)量速度的方法。該方法在基于液體透鏡的光束質(zhì)量分析儀中引入相位迭代算法實(shí)現(xiàn)激光光束質(zhì)量的測(cè)量。共光軸依次放置液體透鏡與電荷耦合元件相機(jī)。液體透鏡由導(dǎo)線與液體透鏡驅(qū)動(dòng)電源相連，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)透鏡焦距的變化。液體透鏡與電荷耦合元件相機(jī)距離固定。利用該裝置在兩個(gè)不同的焦距下獲得待測(cè)激光的光強(qiáng)分布，然后利用相位迭代算法復(fù)原出激光的復(fù)振幅信息，進(jìn)而計(jì)算出激光的光束質(zhì)量因子M²。本發(fā)明在利用液體透鏡測(cè)量激光光束質(zhì)量時(shí)只需要對(duì)兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，大大提高了測(cè)量效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種提高液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置測(cè)量速度的方法。

背景技術(shù)

激光自問世以來因其具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的特性，已廣泛應(yīng)用于科技、軍事、醫(yī)療、工業(yè)加工和通信等領(lǐng)域。在制造工業(yè)中，它可以作為高強(qiáng)度光源，用于切割、打孔、焊接等。在軍事領(lǐng)域可用于車載、艦載激光武器，也可作為激光武器的信標(biāo)光源，并且在光電對(duì)抗、激光制導(dǎo)和激光誘導(dǎo)核聚變等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

光束質(zhì)量是衡量激光光束優(yōu)劣的一項(xiàng)核心參數(shù)。針對(duì)不同的激光應(yīng)用，歷史上科學(xué)家提出了各種各樣的評(píng)價(jià)參數(shù)，比如：光束質(zhì)量因子(M²)，斯特列爾比，衍射極限因子β等。由于光束質(zhì)量因子同時(shí)涵蓋了激光的近場(chǎng)及遠(yuǎn)場(chǎng)特性，相較其它定義方式，其已廣泛被國(guó)際光學(xué)界所承認(rèn)，并由ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織予以推薦。

對(duì)激光光束質(zhì)量因子M²的測(cè)量，科學(xué)家們提出了各種各樣的方法。有需要一定測(cè)量時(shí)間的CCD多位置測(cè)量法、刀口法、液體透鏡法等，也有許多動(dòng)態(tài)的測(cè)量方法，比如波前分析法，模式分解法，法布里-珀羅腔法等。其中液體透鏡法由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、不易受外界擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的激光光束質(zhì)量測(cè)量方法。然而傳統(tǒng)的液體透鏡法需要多次改變液體透鏡的焦距，然后結(jié)合ABCD傳播理論實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量因子M²的測(cè)量。由于其每次測(cè)量都需要在十個(gè)左右不同焦距下進(jìn)行測(cè)量，其單次測(cè)量時(shí)間在一分鐘左右，速度較慢，并且已經(jīng)不能滿足某些模式不穩(wěn)定的激光的測(cè)量。而相位迭代算法由于其只需要兩個(gè)不同位置的光斑即可復(fù)原出激光的光強(qiáng)及相位信息，若將其與液體透鏡結(jié)合起來可以大大提高液體透鏡法測(cè)量激光光束質(zhì)M²的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置測(cè)量速度的方法，測(cè)量速度快，且不易受外界擾動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種提高液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置測(cè)量速度的方法，方法步驟如下：

步驟1、搭建液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置：

所述液體透鏡激光光束質(zhì)量測(cè)量裝置包括液體透鏡、導(dǎo)線、液體透鏡驅(qū)動(dòng)電源與電荷耦合元件相機(jī)；共光軸設(shè)置液體透鏡和電荷耦合元件相機(jī)，液體透鏡通過導(dǎo)線與液體透鏡驅(qū)動(dòng)電源連接；

步驟2、待測(cè)激光經(jīng)過液體透鏡聚焦成像在電荷耦合元件相機(jī)上，記錄下此刻激光的光強(qiáng)分布；

步驟3、利用液體透鏡驅(qū)動(dòng)電源改變液體透鏡上的電壓進(jìn)而改變液體透鏡的焦距，記錄改變焦距后待測(cè)激光通過液體透鏡后在電荷耦合元件上的光強(qiáng)分布；

步驟4、在獲得兩個(gè)不同焦距下的光強(qiáng)分布后，通過幾何光學(xué)，將所獲得的兩個(gè)光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換到物空間，利用相位迭代算法對(duì)物空間兩個(gè)光強(qiáng)進(jìn)行迭代，進(jìn)而獲取激光的光強(qiáng)及相位信息，即復(fù)振幅，具體迭代步驟如下：

步驟4-1、將未改變液體透鏡上的電壓時(shí)測(cè)得電荷耦合元件上的光強(qiáng)設(shè)為第一光強(qiáng)，將改變液體透鏡上的電壓后測(cè)得電荷耦合元件上的光強(qiáng)設(shè)為第二光強(qiáng)，第一光強(qiáng)的初始相位設(shè)為0，并用角譜理論將其傳播到第二光強(qiáng)所處的位置，轉(zhuǎn)入步驟4-2；

步驟4-2、保留第一光強(qiáng)傳播到第二光強(qiáng)位置的相位信息，并把光強(qiáng)信息替換為第二光強(qiáng)的信息，轉(zhuǎn)入步驟4-3；