CN102928076B - 不受偏振度影响的激光实时功率监测装置及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不受偏振度影响的激光实时功率监测装置及监测方法，其装置包括设置在主光路中的采光镜片，采光镜片以倾斜角设置，在采光镜片的正下方设置有偏振分光棱镜。在偏振分光棱镜的下方设置有全反射镜，由偏振分光棱镜和全反射镜反射的采样光束分别通过各自的偏振片照射到滤光片上，采样光束经衰减后进入带衰减片的探测器，由探测器出来的采样光束进入数据处理及显示模块。其监测方法包括以下步骤：（i）激光采样，（ⅱ）采样调节，（ⅲ）光电转换，（ⅳ）信号处理和（ⅴ）数据显示及传输。本发明对宽波段、偏振度不定的多路激光进行功率实时监测，简化了步骤，提高了效率，拥有良好的扩展性。

Description

不受偏振度影响的激光实时功率监测装置及监测方法
技术领域
本发明属于一种激光功率监测装置及监测方法，具体涉及一种不受激光偏振度影响的激光实时功率监测装置及监测方法。
背景技术
在激光技术应用领域内，激光的功率是表征激光特性的重要参数之一。对激光功率实时监测，可以实时了解激光输出功率的变化，从而了解空间激光照射情况。
现有的激光功率实时监测方法是通过在激光光路中加入一采光片，通过对采样光强的信号处理和计算，便可以间接了解到激光的功率数据。此种方法已应用于激光波长不变、偏振方向固定的激光光路中。但在实际激光技术应用领域中，许多偏振态并不恒定的、可调谐波长的激光光束被大量使用。
由于目前光学镀膜处理技术的工艺所限，单一采光片对于宽波段、不同偏振方向的s光和p光的反射比率无法保证完全相同，此时若当激光的实际输出功率保持不变而激光的偏振度发生变化时，激光光路中通过单一的采光片分出的采样光强度就表现为大小不恒定，进而使得通过采样光强推测激光功率的测量方法不再实用。因此，在宽波段、激光偏振角度不固定的激光光路中，单一采样光的采样光强变化不能直接的反应出当前激光输出功率大小的变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不受激光偏振度影响的激光实时功率监测装置及监测方法，可以消除激光偏振度变化带来的测量误差，提高了实时监测的准确率，同时也提高了测量效率。
本发明的技术方案是：一种不受偏振度影响的激光实时功率监测装置，包括采样光束照射到设置在主光路中的采光镜片上，采光镜片以倾斜角设置，在采光镜片的正下方设置有偏振分光棱镜，使采样光束垂直照射到偏振分光棱镜上。
在偏振分光棱镜的下方设置有全反射镜，全反射镜以倾斜角设置，由偏振分光棱镜和全反射镜反射的采样光束分别通过各自的偏振片照射到滤光片上，采样光束经衰减后进入带衰减片的探测器，由探测器出来的采样光束进入数据处理及显示模块。
所述的光镜片和全反射镜均以45o倾斜角设置。
所述的数据处理及显示模块为通用单片机控制电路。
一种不受偏振度影响的激光实时功率监测方法，包括以下步骤：
（i）激光采样（S1）
调节并固定采光镜片的偏折角度，使采样光束传播方向与激光主光路垂直分开，同时也垂直照射在偏振分光棱镜上。
（ⅱ）采样调节（S2）
采样光束垂直照射进入偏振分光棱镜，光束通过棱镜内部的多层介质分光膜后，采样光束中的s光和p光被分为垂直分开的两束光；从互相垂直的两相邻表面射出，分别测量采光镜片对s光及p光的两个不同偏振方向分量的反射比率，对其中反射比率较高的光束再使用可旋转的偏振片进行光强的单独衰减，反复测量、调节直至两束光的反射比率相等；
（ⅲ）光电转换（S3）
将分开衰减后的两束不同偏振方向的采样光均以小于3o的小角度垂直入射至同一个探测器上，将光强信号转化为与其成比例的电流信号；
（ⅳ）信号处理（S4）
利用数据处理及显示模块中的整形电路以及单片机对电流信号进行采集、处理、计算； 
（ⅴ）数据显示及传输（S5）
利用数据处理及显示模块中的单片机驱动数码管本地显示实时测量的数据，同时电路板带数据输出接口，可以将数据传输至上位机进行集中显示。
本发明的有益效果是：
本发明对偏振方向不固定激光进行实时功率监测时，可以消除因采光片分光不均而带来的测量误差，使不同偏振方向的s光和p光的反射比率相同，最终使得监测数据更加可信、实用。
使用宽波段偏振分光棱镜将采样光中不同偏振方向的s光和p光分开，该分光棱镜可使较大光谱范围内的激光分光效果保持一致。通过旋转偏振片来调节单一偏振方向上采样光的强弱，使调节具有很好的连续性，使用方便、快捷。
现场数码管显示的数据即为当前激光输出的实际数据。同时数据可以通过输出接口传输至上位机，拥有良好的可扩展性。本发明不仅可对偏振方向不固定的激光进行实时功率监测，也可推广应用于任意激光光路中。
附图说明
图1 是本发明不受偏振度影响的激光实时功率监测装置布置图；
图2 是本发明不受偏振度影响的激光实时功率监测方法程序图。
其中：
       1 激光光束         2 采光镜片
       3 采样光束         4 偏振分光棱镜
       5 全反射镜         6 偏振片
       7 滤光片           8 探测器
       9 数据处理及显示模块
具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本发明的不受偏振度影响的激光实时功率监测装置及监测方法进行详细说明：
如图1所示，一种不受偏振度影响的激光实时功率监测装置，包括激光光束1（即激光主光路）照射到设置在主光路中的采光镜片2上，采光镜片2以45o倾斜角设置，在采光镜片2的正下方设置有偏振分光棱镜4，使采样光束3垂直照射到偏振分光棱镜4上。在偏振分光棱镜4的下方设置有全反射镜5，全反射镜5以45o倾斜角设置，由偏振分光棱镜4和全反射镜5反射的采样光束3分别通过各自的偏振片6照射到滤光片7上，采样光束3经衰减后进入带衰减片的探测器8，由探测器8出来的采样光束3进入数据处理及显示模块9，进行数据处理及显示、并上传至上位机中。
其中，为满足光电元件的使用要求，在探测器8前端加入的宽波段吸收型滤光片7的型号为 GCC-3010,探测器8的型号为 2CR111S封装式硅光伏探测器。
所述的数据处理及显示模块9为通用单片机控制电路。
如图2所示，一种不受偏振度影响的激光实时功率监测方法，包括以下步骤：
（i）激光采样（S1）
调节并固定采光镜片2的偏折角度，使采样光束3传播方向与激光主光路垂直分开，同时也垂直照射在偏振分光棱镜4上。
（ⅱ）采样调节（S2）
采样光束3垂直照射进入偏振分光棱镜4，光束通过棱镜内部的多层介质分光膜后，采样光束3中的s光和p光被分为垂直分开的两束光；从互相垂直的两相邻表面射出，分别测量采光镜片2对s光及p光的两个不同偏振方向分量的反射比率，对其中反射比率较高的光束再使用可旋转的偏振片6进行光强的单独衰减，反复测量、调节直至两束光的反射比率相等。
（ⅲ）光电转换（S3）
利用全反射镜5反射偏振分光棱镜4的透射光，将分开衰减后的两束不同偏振方向的采样光经过滤光片7进行整体光强的衰减后均以小于3o的小角度垂直入射至同一个探测器8上，将光强信号转化为与其成比例的电流信号。
（ⅳ）信号处理（S4）
利用数据处理及显示模块9中的整形电路以及单片机对电流信号进行采集、处理、计算。
首先，将电流信号通过电流/电压处理电路转换为相应电压信号；然后，将电压信号经A/D转换电路转换为数字信号；再后，利用单片机编制程序对数字信号进行采集和处理，并计算出当前激光的输出功率。
其中，单片机的型号为 ADUC824。
（ⅴ）数据显示及传输（S5）
利用数据处理及显示模块9中的单片机编程驱动数码管，本地显示实时测量的数据，同时带数据输出接口的电路板可以将数据传输至上位机以便进行集中显示、监测。
本发明对宽波段、偏振度不定的多路激光进行功率实时监测，简化了步骤，提高了效率，拥有良好的扩展性。 

Claims (4)

1.一种不受偏振度影响的激光实时功率监测装置，其特征在于：包括激光光束（1）照射到设置在主光路中的采光镜片（2）上，采光镜片（2）以倾斜角设置，在采光镜片（2）的正下方设置有偏振分光棱镜（4），使采样光束（3）垂直照射到偏振分光棱镜（4）上，在偏振分光棱镜（4）的下方设置有全反射镜（5），全反射镜（5）以倾斜角设置，由偏振分光棱镜（4）和全反射镜（5）反射的采样光束（3）分别通过各自的偏振片（6）照射到滤光片（7）上，采样光束（3）经衰减后进入带衰减片的探测器（8），由探测器（8）出来的采样光束（3）进入数据处理及显示模块（9）。
2.根据权利要求1所述的一种不受偏振度影响的激光实时功率监测装置，其特征在于：所述的采光镜片（2）和全反射镜（5）均以45°倾斜角设置。
3.根据权利要求1所述的一种不受偏振度影响的激光时功率监测装置，其特征在于：所述的数据处理及显示模块（9）为通用单片机控制电路。
4.按照权利要求1所述的不受偏振度影响的激光实时功率监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（i）激光采样（S1）
调节并固定采光镜片（2）的偏折角度，使采样光束（3）传播方向与激光主光路垂直分开，同时也垂直照射在偏振分光棱镜（4）上；
（ⅱ）采样调节（S2）
采样光束（3）垂直照射进入偏振分光棱镜（4），光束通过棱镜内部的多层介质分光膜后，采样光束（3）中的s光和p光被分为垂直分开的两束光；从互相垂直的两相邻表面射出，分别测量采光镜片（2）对s光及p光的两个不同偏振方向分量的反射比率，对其中反射比率较高的光束再使用可旋转的偏振片（6）进行光强的单独衰减，反复测量、调节直至两束光的反射比率相等；
（ⅲ）光电转换（S3）
将分开衰减后的两束不同偏振方向的采样光束（3）均以小于3o的小角度垂直入射至同一个探测器（8）的光电转换元件上，将光强信号转化为与其成比例的电流信号；（ⅳ）信号处理（S4）
利用数据处理及显示模块（9）中的整形电路以及单片机对电流信号进行采集、处理、计算；
（ⅴ）数据显示及传输（S5）
利用数据处理及显示模块（9）中的单片机驱动数码管本地显示实时测量的数据，同时电路板带数据输出接口，可以将数据传输至上位机进行集中显示。
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