[發明專利]基于散射光成像法的激光光束質量測量方法

在審

• 申請號: 202110346366.4
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113091898A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 馬駿;張仕慧
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一一種基于散射光成像法的激光光束質量測量方法，屬于激光器技術領域，該方法是使待測激光經過聚焦透鏡入射到散射介質中進行散射，通過變形成像系統把激光傳輸方向的側面成像到CCD上，從而獲得激光傳輸方向上的完整側視圖，即可得到大量光束直徑，通過雙曲線擬合得到光束質量因子M²。本發明測量裝置簡單，測量速度快，能夠實現實時測量，測量過程中沒有需要移動的測量器件，只需拍攝一張激光傳輸方向的側面光強分布圖，就可獲得大量直徑測量值，從而得到激光光束質量M²因子，比現有的技術更加簡單快捷。

技術領域

本發明屬于激光器技術領域，具體為一種基于散射光成像法的激光光束質量測量方法。

背景技術

激光自問世以來因其具有亮度高、方向性強、單色性高和相干性好的優點，已經被廣泛應用于工業、醫療和軍事等領域。在工業上，激光可以用來切割、焊接、打孔、蝕刻等，與計算機數控系統相結合，激光加工技術已經成為了工業自動化生產的關鍵技術，有著傳統加工技術無法比擬的優點。在醫療上，各種激光醫療機、激光理療機、激光內腔治療機使很多復雜的醫學問題變得簡單，也使很多疑難雜癥有了治愈的可能。在軍事上，激光致盲武器、激光制導炸彈等激光武器的出現，讓我們可以預見未來激光在軍事上有更加廣泛的應用。

光束質量是衡量一個激光器優劣的核心參數。針對不同的激光應用，歷史上科學技術提出了各種各樣的評價參數，比如：斯特列爾比、衍射極限因子β、光束質量因子(M²)等。由于光束質量因子同時涵蓋了激光的近場及遠場特性，并且光束通過理想光學系統后M²因子不變。相較其它定義方式，M²因子能較好地反映光束質量的實質，其已被ISO國際標準化組織采用并推廣。

對于激光光束質量因子M²的測量，現存的有很多種方法，比如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、模式分解法等。而這些方法都存在測量結構復雜，測量速度較慢等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于散射光成像法測量激光光束質量的方法，測量速度快，并且結構簡單。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于散射光成像法的激光光束質量測量方法，包括以下步驟：

步驟1、搭建激光光束質量測量裝置：所述激光光束質量裝置包括聚焦透鏡1、散射介質2、變形成像系統以及電荷耦合元件相機CCD5，所述變形成像系統包括第一柱面鏡3、第二柱面鏡4；

步驟2、待測激光經過聚焦透鏡1聚焦到散射介質2中，產生的散射光通過第一柱面鏡3、第二柱面鏡4成像到電荷耦合元件相機CCD5上，獲得此刻激光的側面光強分布；

步驟3、通過二階矩計算出光束的束寬，利用雙曲線擬合算法計算出M²因子。

優選地，所述聚焦透鏡1為平凸透鏡，所述正透鏡1的平面為光束的入射面，凸面為所述光束的出射面。

優選地，所述散射介質2為能使激光發生瑞利散射的稀釋溶液。

優選地，所述散射介質2相對激光呈透明狀，在散射介質中能清晰的顯示激光的傳輸輪廓。

優選地，所述散射光的光強高于電荷耦合元件相機CCD5的閾值，低于相機的飽和度，因為散射介質的濃度高時，散射光的強度也高，濃度低時，散射光的強度也低，所以可以通過調節散射介質的濃度來控制散射光強。

優選地，所述第一柱面鏡3、第二柱面鏡4正交放置，所述第一柱面鏡3的母線方向平行于激光傳輸方向，第二柱面鏡4的母線方向垂直于激光的傳輸方向。

優選地，所述的變形成像系統中的物像關系滿足：

d_oy＝d_iz