[發明專利]高精度近紅外激光光束質量測量分析裝置

有效

• 申請號: 201810041239.1
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108287059B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 沈華;孟令強;韓志剛;朱日宏;季琨皓;孔慶慶;經逸秋;李思宇;楊哲
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種高精度近紅外激光光束質量測量分析裝置，沿光路依次放置激光功率可調衰減裝置、無像差聚焦透鏡、高反鏡組、分光鏡和兩個電荷耦合元件相機。激光功率可調衰減裝置由放置在旋轉輪上的不同衰減等級的中性密度濾光片組成；第二高反鏡放置于第一高反鏡的反射光路上，且二者共同放置于可移動導軌上；第一CCD相機放置于分光鏡的反射光路上，第二CCD相機放置于分光鏡的透射光路上。本發明可以有效抑制硅材質CCD在對近紅外光光束質量進行測量時的光暈現象對測量結果的影響，同時測量時間相較傳統光束質量測量儀并未增加，在保證測量效率的前提下提高了測量精度。

技術領域

本發明涉及近紅外激光測量領域，具體涉及一種高精度近紅外激光光束質量測量分析的裝置。

背景技術

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，已廣泛應用于科技、軍事、醫療、工業加工和通信等領域。近年來隨著激光技術的進步與發展，近紅外激光領域除了傳統的摻釹釔鋁石榴石（Nd：YAG）激光器外，光纖激光器也取得了巨大的進展，并迅速的應用于工業和軍事等領域。在制造工業中，它可以作為高強度光源，用于切割、打孔、焊接等。在軍事領域可用于車載、艦載激光武器，也可作為激光武器的信標光源，并且在光電對抗、激光制導和激光誘導核聚變等領域也有廣泛應用。

光束質量是衡量激光光束優劣的一項核心參數。針對不同的激光應用，歷史上科學家提出了各種各樣的評價參數，比如：光束質量因子(M²)，斯特列爾比，衍射極限因子β等。由于光束質量因子同時涵蓋了激光的近場及遠場特性，相較其它定義方式，其已廣泛被國際光學界所承認，并由ISO國際標準化組織予以推薦。

對激光光束質量因子M²的測量，科學家們提出了各種各樣的方法。有需要一定測量時間的CCD多位置測量法、刀口法、液體透鏡法等，也有許多動態的測量方法，比如波前分析法，模式分解法，法布里-珀羅腔法等。在這些方法中CCD多位置光辦測量法由于其測量結果準確，是ISO規定的一種標準的測量方法。該方法通過對聚焦透鏡后不同位置的光斑利用CCD進行測量，然后計算出各個位置的光斑大小。利用各個位置的光斑大小與各個位置距離無像差透鏡的距離，擬合出一條雙曲線，進而求取光束質量因子M²。

CCD多位置光斑測量法雖然已經成為了一種標準的光束質量測量方法，然而，在利用該方法對近紅外光測量時，由于現有的光束質量測量儀一般都采用了硅材質CCD相機。因此，一部分紅外光會通過硅材料后泄露到CCD底層的電子區域，并在該區域傳播，由此而導致硅材質CCD在測量近紅外光時在CCD的垂直方向存在一條亮線，也就是CCD垂直光暈現象。該現象雖然通過減弱待測激光的光強和同時調大CCD的曝光時間來抑制，但該方法的效果有限，并容易將雜散光的測量誤差放大。通過銦砷化鎵材料的CCD相機可以完全抑制該現象，但由于該中類型相機昂貴，其并未取得廣泛的使用。因此現有的光束質量測量裝置，在對近紅外光的光束質量進行測量時，由于CCD垂直光暈的存在，其測量結果并不準確。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高精度近紅外激光光束質量測量分析的裝置，可以實現高精度近紅外激光光束質量測量，測量范圍為400nm-1100nm，也適用于可見光區域激光的測量，可以有效抑制CCD垂直光暈現象，提高了測量精度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高精度近紅外激光光束質量測量分析裝置，包括激光功率可調衰減裝置、無像差聚焦透鏡、第一高反鏡、第二高反鏡、可移動導軌、分光鏡、第一電荷耦合元件相機和第二電荷耦合元件相機；沿光路依次設置激光功率可調衰減裝置、無像差聚焦透鏡、第一高反鏡、第二高反鏡、分光鏡和第二電荷耦合元件相機；第二高反鏡設置于第一高反鏡的反射光路上，且第一高反鏡和第二高反鏡均固定于可移動導軌上；第一電荷耦合元件相機設置于分光鏡的反射光路上，第二電荷耦合元件相機設置于分光鏡的透射光路上。