[發明專利]一種半導體激光器光束質量因子的測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202110286346.2
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113063565B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 曹銀花;關嬌陽;李景
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 張煥響

1.一種半導體激光器光束質量因子的測量方法，其特征在于，包括：

對半導體激光器出射的光束采用第一聚焦鏡與第二聚焦鏡進行兩次聚焦，形成兩個光束束腰；其中，第一聚焦鏡的焦距為f₁，所述第二聚焦鏡的焦距為f₂，f₁≤f₂，所述第一聚焦鏡與第二聚焦鏡之間的間距大于2f₂；

以每個光束束腰的最小半徑處為參考點0，通過光強探測器測量-f₂到+f₂的多個光強分布，并以與半導體激光平行截面方向為橫軸，光強值為縱軸，構件半導體激光的光強分布曲線；

根據測量到的所有光強分布曲線構建wigner分布函數；

根據wigner分布函數的相關性質代入光束質量因子計算公式中，計算半導體激光的光束質量因子M²。

2.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，在半導體激光器出射的光束進行聚焦前，需先對半導體激光器出射的光束進行衰減。

3.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，兩個所述光束束腰的光強分布測量數量一致且均大于36個。

4.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述光束質量因子的計算公式為：

式中，k為波數，x²為x方向實際光束的Wigner分布函數空間二階矩，二階交叉矩；θ_x²為x方向實際光束的Wigner分布函數空間頻率二階矩，xθ_x²為wigner分布函數的交叉二階矩。

5.一種半導體激光器光束質量因子的測量裝置，其特征在于，包括：半導體激光器、第一聚焦鏡、第二聚焦鏡、光強探測器和計算系統；

所述第一聚焦鏡，用于對所述半導體激光器出射的光束進行一次聚焦，形成一個光束束腰；

所述第二聚焦鏡，用于對一次聚焦的光束進行二次聚焦，形成另一個光束束腰；其中，第一聚焦鏡的焦距為f₁，所述第二聚焦鏡的焦距為f₂，f₁≤f₂，所述第一聚焦鏡與第二聚焦鏡之間的間距大于2f₂；

所述光強探測器，用于以每個光束束腰的最小半徑處為參考點0，測量-f₂到+f₂的多個光強分布，并以與半導體激光平行截面方向為橫軸，光強值為縱軸，構件半導體激光的光強分布曲線；

所述計算系統，用于根據測量到的所有光強分布曲線構建wigner分布函數；根據wigner分布函數的相關性質代入光束質量因子計算公式中，計算半導體激光的光束質量因子M²。

6.如權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，還包括：激光衰減系統；

所述激光衰減系統包括全反射鏡和激光吸收池，所述全反射鏡設置在所述半導體激光器與第一聚焦鏡之間，所述半導體激光器的入射光與所述全反射鏡之間的夾角為10-60°，所述激光吸收池設置在所述全反射鏡的反射側，所述第一聚焦鏡設置在所述全反射鏡的透射側。

7.如權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，兩個所述光束束腰的光強分布測量數量一致且均大于36個。

8.如權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述第一聚焦鏡的中心、第二聚焦鏡的中心及光強探測器均與激光光軸同軸放置。

9.如權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述光束質量因子的計算公式為：

式中，k為波數，x²為x方向實際光束的Wigner分布函數空間二階矩，二階交叉矩；θ_x²為x方向實際光束的Wigner分布函數空間頻率二階矩，xθ_x²為wigner分布函數的交叉二階矩。