CN103674488A - 激光器发散角及光斑形状测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光器参数测量装置，所述测量装置中使用多个45°全反镜在二维方向上展开光路，缩短测量装置中光路两端间的直线距离，使测量装置更紧凑，测量数据更准确，并且通过使用多个45°全反镜可以同时测量激光器的任意参数，具有实时性，同时可大量节约测试时间。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种激光系统的参数测量装置，特别是激光器发散角及光斑形状测量装置，其特别适用于准分子激光器。
背景技术
在激光器的研发及使用过程中，都需要对激光器的各种参数(输出能量、输出能量稳定性、中心波长、脉宽、线宽、发散角、光斑质量等)进行测量，从而确定激光器的工作状态及性能。
传统的测量方法一般都是一次只针对一个参数进行测量，不能同时测出激光器在某一时刻几个参数的数值及相互关系。并且对于有些参数(如发散角)，其测量光路距离较长、较为复杂，增加了测量难度及测量误差，同时也造成了时间的浪费。针对传统的测量方法，本发明提出将所有的参数测量光路集成于一个装置中，合理优化各个参数测量的光路，使测量模块更紧凑，测量数据更准确。利用该参数测量装置，可以同时测量激光器的任意参数，并且所测数据具有较高的准确性、实时性，同时可大量节约测试时间。
发明内容
(一)要解决的技术问题
传统的测量方法不能同时测出激光器在某一时刻几个参数的数值及相互关系，并且对于有些参数(如发散角)，其测量光路距离较长、较为复杂，增加了测量难度及测量误差，同时也造成了时间的浪费。
(二)技术方案
为解决传统测量方法存在的上述技术问题，本发明提出的技术方案中使用多个45°全反镜在二维方向上展开光路，缩短测量装置中光路两端间的直线距离，使测量装置更紧凑，测量数据更准确，并且通过使用多个45°全反镜可以同时测量激光器的任意参数，具有实时性，同时可大量节约测试时间。
一种激光器发散角及光斑形状测量装置，包括：激光器1、第一衰减片2、聚焦透镜3、第二衰减片9和光束质量分析仪4，其特征在于，该装置还包括6个45°全反镜5，通过使用所述6个45°全反镜5将光路在二维方向上展开，使得激光经过聚焦透镜3到达光束质量分析仪4的传播距离为聚焦透镜3的焦距长度。
同时，本发明还提出激光器参数测量装置，包括：激光器1、聚焦透镜3、光束质量分析仪4，其特征在于，该测量装置还包括：第一分光镜6、功率计7、4个45°全反镜5、第二分光镜10、第三分光镜11、波长计12和光电探测器8，通过使用所述4个45°全反镜5将光路在二维方向上展开，使得激光经过聚焦透镜3到达光束质量分析仪4的传播距离为聚焦透镜3的焦距长度。
(三)有益效果
与传统的测量技术相比，本发明提供的用于激光系统的参数测量装置可以实时测量激光器的所有参数，节约测量时间，增加参数测量数据的准确性及可对比性，并且测量装置结构紧凑，减少了有些参数测量的空间限制。
附图说明
图1为传统激光器发散角及光斑形状测量装置光路图。
图2为本发明激光器发散角及光斑形状测量装置光路图。
图3为本发明激光器参数测量装置光路图。
图4为本发明激光器参数测量装置立体图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
传统的激光器发散角及光斑形状测量方法所使用的装置及光路如图1所示。所述传统的激光器发散角及光斑形状测量装置包括：激光器1、第一衰减片2、聚焦透镜3、第二衰减片9和光束质量分析仪4。其原理为激光器1输出光经过第一衰减片2后再经过聚焦透镜3聚焦后再经过第二衰减片9进入在聚焦透镜3的焦点处放置的光束质量分析仪4中。使用光束质量分析仪得到光的发散角及光斑形状参数是本领域的公知技术，在此不做赘述。图1中所示距离f即为聚焦透镜3的焦距长度。在光路中放置衰减片是为了防止激光能量过高而损坏聚焦透镜及光束质量分析仪。所述传统的激光器发散角及光斑形状测量方法要求聚焦透镜的焦距大于50厘米，优选焦距为1米的聚焦透镜。这样便造成图1所示的光路过长，从而限制了其适用范围。
为解决上述光路过长的技术问题，本发明对图1所示的传统测量光路进行改进，如图2所示。除激光器1、第一衰减片2、聚焦透镜3、第二衰减片9和光束质量分析仪4之外，本发明提供的激光器发散角及光斑形状测量装置中还包括6个45°全反镜5。第一个45°全反镜设置在激光器1与第一衰减片2之间，优选的，第一个45°全反镜的镜面与激光器1射出的光成45°角，并且经过第一个45°全反镜的反射光和入射光成直角，从第一个45°全反镜反射出的光垂直射入第一衰减片2。透过第一衰减片2的光经过聚焦透镜3后射入第二个45°全反镜，并依次在第二个45°全反镜、第三个45°全反镜、第四个45°全反镜、第五个45°全反镜、第六个45°全反镜之间反射，从第六个45°全反镜射出的光垂直射入第二个衰减片9，透过第二个衰减片9的光射入光束质量分析仪4。如图2所示，将图1中的光路在二维方向上展开，使得激光经过聚焦透镜3后到达光束质量分析仪4的传播距离仍为聚焦透镜3的焦距长度，优选的为1米，从而使测量光路更为紧凑。
为了使得激光经过聚焦透镜3后到达光束质量分析仪4的传播距离仍为聚焦透镜3的焦距长度，后续5个45°全反镜(即第二个45°全反镜、第三个45°全反镜、第四个45°全反镜、第五个45°全反镜、第六个45°全反镜)相互之间的角度和位置关系可以有许多种设置方式，只要保证经过上述5个45°全反镜的光在聚焦透镜3和光束质量分析仪4之间的传播距离为聚焦透镜3的焦距长度即可。图2示出了所述多种设置方式中的一个实施例。参照图2所述五个45°全反镜的布置方式具体为：第二个45°全反镜的镜面与聚焦透镜3的平面截面成45°角，透过所述聚焦透镜3的光射向所述第二个45°全反镜，并且经过第二个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第三个45°全反镜的镜面与所述第二个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第二个45°全反镜反射出的光射入所述第三个45°全反镜，并且经过第三个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第四个45°全反镜的镜面与所述第三个45°全反镜的镜面成直角，使得从所述第三个45°全反镜反射出的光射入所述第四个45°全反镜，并且经过第四个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第五个45°全反镜的镜面与所述第四个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第四个45°全反镜反射出的光射入所述第五个45°全反镜，并且经过第五个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第六个45°全反镜的镜面与所述第五个45°全反镜的镜面成直角，使得从所述第五个45°全反镜反射出的光射入所述第六个45°全反镜，并且经过第六个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第六个45°全反镜的镜面与第二衰减片9的平面方向成45°角，使得从第六个45°全反镜射出的光垂直射入第二衰减片9。
本发明的激光器参数测量装置光路图如图3所示。除激光器1、聚焦透镜3、光束质量分析仪4之外，所述激光器参数测量装置还包括：第一分光镜6、功率计7、4个45°全反镜5、第二分光镜10、第三分光镜11、波长计12和光电探测器8。其原理为：激光器1的输出光经过第一分光镜6后大部分透射并入射到功率计7的探头上，从而可以得到激光的输出能量及能量稳定性两个参数；第一分光镜6将一小部分光反射直接进入聚焦透镜3，因为反射光的能量很低所以透镜前无需增加衰减片，反射光经过聚焦透镜3后沿图3所示的光路传播到第二分光镜10上进行分光，透射过来的透射光则直接照射到光电探测器8上，光电探测器8的输出信号可以输出给示波器(示波器为本领域的公知技术，图3未示出)从而获得激光的脉宽参数，而第二分光镜10上反射出来的光照射到第三分光镜11上进行分光，从第三分光镜11上反射出来的光直接通过光纤耦合进波长计12中，从波长计12中可以获得激光的线宽及中心波长等参数，从第三分光镜11上透射出来的光由于能量较低，直接可以照射到光束质量分析仪4的探头上，无需增加衰减片，从光束质量分析仪4中可直接测量激光的发散角、光斑形状、光束质量等参数。如图3所示，也是将图1中的光路在二维方向上展开，使得激光经过聚焦透镜3后到达光束质量分析仪4的传播距离仍为聚焦透镜3的焦距长度，优选的为1米，从而使测量光路更为紧凑。
为了使得激光经过聚焦透镜3后到达光束质量分析仪4的传播距离仍为聚焦透镜3的焦距长度，所述4个45°全反镜相互之间的角度和位置关系可以有许多种设置方式，只要保证经过上述4个45°全反镜的光在聚焦透镜3和光束质量分析仪4之间的传播距离为聚焦透镜3的焦距长度即可。图3示出了所述多种设置方式中的一个实施例。参照图3所示，激光器参数测量装置中4个45°全反镜的布置方式具体为：第一个45°全反镜的镜面与聚焦透镜3的平面截面成45°角，透过所述聚焦透镜3的光射向所述第一个45°全反镜，并且经过第一个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第二个45°全反镜的镜面与所述第一个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第一个45°全反镜反射出的光射入所述第二个45°全反镜，并且经过第二个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第三个45°全反镜的镜面与所述第二个45°全反镜的镜面成直角，使得从所述第二个45°全反镜反射出的光射入所述第三个45°全反镜，并且经过第三个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第四个45°全反镜的镜面与所述第三个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第三个45°全反镜反射出的光射入所述第四个45°全反镜，并且经过第四个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第四个45°全反镜的镜面与第二分光镜10的平面方向成直角，使得从第四个45°全反镜射出的光射入第二分光镜10，并且使得经过第二分光镜10和第三分光镜11的入射光和反射光成直角。
综上所述，利用图3所示的激光器参数测量装置，可以同时测量激光器的输出能量、输出能量稳定性、发散角、光斑形状、光束质量、脉宽、线宽、中心波长及中心波长稳定性。由于所有参数均为同时测量，所以增加了所测数据的可对比性。
本发明的激光器参数测量装置立体图如图4所示。所述激光器参数测量装置是将图3所示的三个分光镜6、10、11、聚焦透镜3、4片45°全反镜5按光路顺序集成于一个金属盒子中，该金属盒子的尺寸为：60厘米长、25厘米宽、10厘米高，结构比较紧凑。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光器参数测量装置，包括：激光器(1)、聚焦透镜(3)、光束质量分析仪(4)，其特征在于，该测量装置还包括：第一分光镜(6)、功率计(7)、4个45°全反镜(5)、第二分光镜(10)、第三分光镜(11)、波长计(12)和光电探测器(8)，通过使用所述4个45°全反镜(5)将光路在二维方向上展开，使得激光经过聚焦透镜(3)到达光束质量分析仪(4)的传播距离为聚焦透镜(3)的焦距长度。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征还在于，
激光器(1)的输出光经过第一分光镜(6)后大部分透射并入射到功率计(7)的探头上；
第一分光镜(6)将一小部分光反射直接进入聚焦透镜(3)，反射光经过聚焦透镜(3)后传播到第二分光镜(10)上进行分光，第二分光镜(10)上反射的光直接照射到第三分光镜(11)上进行分光，第三分光镜(11)上反射的光直接通过光纤耦合到波长计(12)中，第三分光镜(11)上透射的光直接照射到光束质量分析仪(4)的探头上；
从所述第二分光镜(10)上透射过来的透射光则直接照射到光电探测器(8)上，光电探测器(8)的输出信号可以输出给示波器。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征还在于，通过功率计(7)得到激光的输出能量及能量稳定性参数；通过光束质量分析仪(4)得到激光的发散角、光斑形状、光束质量参数；通过光电探测器(8)和示波器得到脉宽参数；通过波长计(12)得到激光的线宽及中心波长参数。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征还在于，所述4个45°全反镜(5)相互之间的角度和位置关系为：第一个45°全反镜的镜面与聚焦透镜3的平面截面成45°角，透过所述聚焦透镜(3)的光射向所述第一个45°全反镜，并且经过第一个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第二个45°全反镜的镜面与所述第一个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第一个45°全反镜反射出的光射入所述第二个45°全反镜，并且经过第二个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第三个45°全反镜的镜面与所述第二个45°全反镜的镜面成直角，使得从所述第二个45°全反镜反射出的光射入所述第三个45°全反镜，并且经过第三个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第四个45°全反镜的镜面与所述第三个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第三个45°全反镜反射出的光射入所述第四个45°全反镜，并且经过第四个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第四个45°全反镜的镜面与第二分光镜(10)的平面方向成直角，使得从第四个45°全反镜射出的光射入第二分光镜(10)，并且使得经过第二分光镜(10)和第三分光镜(11)的入射光和反射光成直角。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征还在于，所述聚焦透镜(3)的焦距长度为1米。
6.如权利要求1所述的测量装置，其特征还在于，所述测量装置按光路集成于金属盒子中。
7.一种激光器发散角及光斑形状测量装置，包括：激光器(1)、第一衰减片(2)、聚焦透镜(3)、第二衰减片(9)和光束质量分析仪(4)，其特征在于，该装置还包括6个45°全反镜(5)，通过使用所述6个45°全反镜(5)将光路在二维方向上展开，使得激光经过聚焦透镜(3)到达光束质量分析仪(4)的传播距离为聚焦透镜(3)的焦距长度。
8.如权利要求7所述的激光器发散角及光斑形状测量装置，其特征还在于，所述6个45°全反镜(5)中，第一个45°全反镜设置在激光器(1)与第一衰减片(2)之间；透过第一衰减片(2)的光经过聚焦透镜(3)后射入第二个45°全反镜，并依次在第二个45°全反镜、第三个45°全反镜、第四个45°全反镜、第五个45°全反镜、第六个45°全反镜之间反射，从第六个45°全反镜射出的光射入第二个衰减片(9)，透过第二个衰减片(9)的光射入光束质量分析仪(4)。
9.如权利要求8所述的激光器发散角及光斑形状测量装置，其特征还在于，所述6个45°全反镜(5)中，第二个45°全反镜、第三个45°全反镜、第四个45°全反镜、第五个45°全反镜、第六个45°全反镜相互之间的角度和位置关系为：第二个45°全反镜的镜面与聚焦透镜(3)的平面截面成45°角，透过所述聚焦透镜(3)的光射向所述第二个45°全反镜，并且经过第二个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第三个45°全反镜的镜面与所述第二个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第二个45°全反镜反射出的光射入所述第三个45°全反镜，并且经过第三个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第四个45°全反镜的镜面与所述第三个45°全反镜的镜面成直角，使得从所述第三个45°全反镜反射出的光射入所述第四个45°全反镜，并且经过第四个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第五个45°全反镜的镜面与所述第四个45°全反镜的镜面平行相对，使得从所述第四个45°全反镜反射出的光射入所述第五个45°全反镜，并且经过第五个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第六个45°全反镜的镜面与所述第五个45°全反镜的镜面成直角，使得从所述第五个45°全反镜反射出的光射入所述第六个45°全反镜，并且经过第六个45°全反镜的反射光与入射光成直角；第六个45°全反镜的镜面与第二衰减片(9)的平面方向成45°角，使得从第六个45°全反镜射出的光射入第二衰减片(9)。
10.如权利要求7所述的激光器发散角及光斑形状测量装置，其特征还在于，所述聚焦透镜(3)的焦距长度为1米。
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