CN108168692A - 一种光斑均匀度测量系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光斑均匀度测量系统及其控制方法，通过对二维移动的移动平台的位置调节，来实现将大面积光斑性能参数的逐行扫描采集处理，由计算机计算出激光光束的光斑均匀度并显示。实现了测量大面积激光光束的光斑均匀度的目的。

Description

一种光斑均匀度测量系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光的光束参数测量技术领域，更具体地说，涉及一种光斑均匀度测量系统及其控制方法。

背景技术

激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。激光技术在军事、国防、工业、医疗等行业有着举足轻重的作用。因此，对激光性能的测量分析显得日益重要。现有的激光光束参数的测量仪，测量的激光的光束参数包括光斑形状、发散角，用于分析汇聚光斑的M²因子。光束质量及其聚焦能力是激光的一个非常重要的特征参数，通常由M²因子表征。测量激光的M²因子，实质上是测试其光斑直径与发散角的乘积与理想高斯光束衍射极限的差异。

光斑均匀度是评价激光的光束质量好坏的重要标准之一。光斑均匀度指的是光斑能量分布范围内的均匀性问题。在激光定向传输、光电对抗、激光助降等应用领域，对激光光束的光斑均匀度要求较高。例如，激光定向传能系统中，要求整个大面积光电池板上的光斑均匀度≥90％。因此，现在亟需一种测量激光光束的光斑均匀度的仪器。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种光斑均匀度测量系统及其控制方法，欲实现测量大面积激光光束的光斑均匀度的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种光斑均匀度测量系统，包括：光功率测量模块、移动平台、数据采集卡和计算机；

在所述移动平台表面安装所述光功率测量模块，所述数据采集卡分别连接所述光功率测量模块和所述计算机，

所述移动平台，用于在平面内移动；

所述光功率测量模块，用于测量接收到的光束的功率；

所述数据采集卡，用于将所述光功率测量模块测量的数据发送至所述计算机；

所述计算机，用于根据接收到的数据进行计算得到光斑均匀度并进行显示。

优选的，所述系统还包括：

可变光阑，用于控制所述光功率测量模块接收到的光束的大小。

优选的，所述系统还包括：

分别连接所述计算机和所述可变光阑的自动控制机构；

所述自动控制机构，用于根据所述计算机的光圈调节控制指令对所述可变光阑的光圈大小进行调节。

优选的，所述系统还包括：

分别连接所述计算机和所述移动平台的移动控制机构；

所述移动控制机构，用于根据所述计算机的移动控制指令，控制所述移动平台在平面内移动。

一种控制方法，基于上述光斑均匀度测量系统，所述方法包括：

控制所述移动平台在平面内移动，使得所述光功率测量模块测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率；

所述计算机接收所述光功率测量模块测得的所有光束功率；

所述计算机从所述所有光束功率中选取最大光束功率和最小光束功率；

所述计算机根据光斑均匀度公式计算得到所述待测光束范围的光斑均匀度，所述光斑均匀度公式为：

光斑均匀度＝1-(最大光束功率-最小光束功率)/(最大光束功率+最小光束功率)。

优选的，在所述计算机从所述所有光束功率中选取最大光束功率和最小光束功率步骤前，还包括：

所述计算机从所述所有光束功率中，识别异常数据并删除。

优选的，所述识别异常数据，具体为：

判断所述所有光束功率中最大光束功率减去第二大光束功率的差值是否大于第一异常阈值，若是则确定所述最大光束功率为异常数据；

和/或，

判断所述所有光束功率中第二小光束功率减去最小光束功率的差值是否大于第二异常阈值，若是则确定所述最小光束功率为异常数据。

优选的，所述识别异常数据，具体为：

确定所述所有光束功率中最大光束功率和/或最小光束功率为异常数据。

优选的，所述系统还包括可变光阑，以及分别连接所述计算机和所述可变光阑的自动控制机构；

在所述控制所述移动平台在平面内移动步骤前，还包括：

所述计算机根据待测光束范围的功率和所述光功率测量模块的测量阈值，计算得到所述可变光阑的光圈目标值；

所述计算机发送包含所述光圈目标值的光圈调节控制指令至所述自动控制机构；

所述自动控制机构控制所述可变光阑的光圈大小为所述光圈目标值。

优选的，所述系统还包括分别连接所述计算机和所述移动平台的移动控制机构；

所述控制所述移动平台在平面内移动，使得所述光功率测量模块测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率，具体包括：

所述计算机发送移动控制指令至所述移动控制机构，以控制所述移动平台在平面内移动，使得所述光功率测量模块测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种光斑均匀度测量系统及其控制方法，通过对二维移动的移动平台的位置调节，来实现将大面积光斑性能参数的逐行扫描采集处理，由计算机计算出激光光束的光斑均匀度并显示。实现了测量大面积激光光束的光斑均匀度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光斑均匀度测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种光斑均匀度测量系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光斑均匀度测量系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种控制方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的另一种控制方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的另一种控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种光斑均匀度测量系统，参见图1，该系统包括：光功率测量模块1、移动平台2、数据采集卡3和计算机4。

在所述移动平台2的表面安装所述光功率测量模块1，所述数据采集卡3分别连接所述光功率测量模块1和所述计算机4。

所述移动平台2，用于在平面内移动。

所述光功率测量模块1，用于测量接收到的光束的功率。移动平台2在激光器5发出的激光光束的横向平面内移动，以实现光功率测量模块1对大面积激光光束的性能参数进行逐行扫描采集处理。

所述数据采集卡3，用于将所述光功率测量模块测量的数据发送至所述计算机；

所述计算机4，用于根据接收到的数据进行计算得到光斑均匀度并进行显示。计算机4接收到光功率测量模块1测量的所有数据后，计算得到待测光束范围的光斑均匀度并进行显示。实现了测量大面积激光光束的光斑均匀度的目的。

参见图2，光斑均匀度测量系统，还可以在光功率测量模块1前方设置可变光阑6，用于控制所述光功率测量模块接收到的光束的大小。通过调整可变光阑6的光圈大小，以控制光功率测量模块1接收到的光束的大小，进而可以控制光功率测量模块1接收到的光束的功率不会超过光功率测量模块1的测量饱和值。

参见图3，为了实现光斑均匀度测量系统的自动化测量，还可以：设置分别连接所述计算机4和所述可变光阑6的自动控制机构7；以及分别连接所述计算机4和所述移动平台2的移动控制机构8；

所述自动控制机构7，用于根据所述计算机4的光圈调节控制指令对所述可变光阑6的光圈大小进行调节。

所述移动控制机构8，用于根据所述计算机4的移动控制指令，控制所述移动平台2在平面内移动。

本实施例提供了一种控制方法，基于图1示出的光斑均匀度测量系统，参见图4，该控制方法包括步骤：

S11：控制所述移动平台2在平面内移动，使得所述光功率测量模块1测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率。

可以对待测光束范围进行分割得到若干待测子范围，进而测量分割得到的所有待测自范围的光束功率，进行后续的光斑均匀度计算。也可从从待测光束范围内选择具有代表性的多个待测自范围进行光束功率测量，进行后续光斑均匀度计算。参见图5所示，待测光束范围为一个15cm×10cm的矩形，假如根据光功率测量模块1的测量范围1cm×1cm，将待测光束范围分割为15×10个待测子范围，对每个待测子范围的光束功率进行测量，总共测量得到150个采样值。

S12：计算机4接收所述光功率测量模块1测得的所有光束功率；

S13：计算机4从所述所有光束功率中选取最大光束功率和最小光束功率；

S14：计算机4根据光斑均匀度公式计算得到所述待测光束范围的光斑均匀度。

所述光斑均匀度公式为：

光斑均匀度＝1-(最大光束功率-最小光束功率)/(最大光束功率+最小光束功率)。

为了避免采样值中异常数据对测量结果的影响，最好对异常数据进行剔除。参见5，本实施例提供了另一种控制方法，该方法:

在所述计算机4从所述所有光束功率中选取最大光束功率和最小光束功率步骤前，还包括：

步骤S23：所述计算机4从所述所有光束功率中，识别异常数据并删除。

识别异常数据具体为：

判断所述所有光束功率中最大光束功率减去第二大光束功率的差值是否大于第一异常阈值，若是则确定所述最大光束功率为异常数据；和/或，

判断所述所有光束功率中第二小光束功率减去最小光束功率的差值是否大于第二异常阈值，若是则确定所述最小光束功率为异常数据。

识别异常数据，还可以具体为：

确定所述所有光束功率中最大光束功率和/或最小光束功率为异常数据。

其中，步骤S21、S22、S24、S25分别与步骤S11、S12、S13、S14一致，不再赘述。

本实施例提供了另一种控制方法，基于图3示出的光斑均匀度测量系统，参见图6，该控制方法包括步骤：

在所述控制所述移动平台2在平面内移动步骤前，还包括校准过程，该校准过程具体包括步骤：

S01：计算机4根据待测光束范围的功率和所述光功率测量模块1的测量阈值，计算得到所述可变光阑的光圈目标值；

S02：计算机4发送包含所述光圈目标值的光圈调节控制指令至所述自动控制机构7；

S03：自动控制机构7控制所述可变光阑6的光圈大小为所述光圈目标值。

根据预先设定的规则，控制可变光阑6的光圈大小为光圈目标值时，使得控制光功率测量模块1接收到的光束的功率不会超过光功率测量模块1的测量饱和值。

控制所述移动平台2在平面内移动，使得所述光功率测量模块1测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率的步骤，具体包括：

计算机4发送移动控制指令至所述移动控制机构7，以控制所述移动平台2在平面内移动，使得所述光功率测量模块1测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率。

计算机4根据光圈目标值得到待测子范围的面积大小，结合待测光束范围和预先设定的规则得到多个待测自范围，进而控制移动平台2在平面内移动，使得所述光功率测量模块1测得多个待测子范围的各个光束功率。

例如，待测光束范围的形状为15cm×10cm的矩形，该待测光束范围内的总功率为300W，计算得到光功率密度为2W/cm²和光功率测量模块1的饱和值3W，调整可变光阑6的光圈大小为1cm，使得光功率测量模块1接收到的光束的功率为2W。进而将待测光束范围分割为15×10个待测子范围，控制移动平台2在平面内移动，测量得到150个采样值。计算机4根据测量得到的150个采样值进行光斑均匀度计算并显示。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光斑均匀度测量系统，其特征在于，包括：光功率测量模块、移动平台、数据采集卡和计算机；

在所述移动平台表面安装所述光功率测量模块，所述数据采集卡分别连接所述光功率测量模块和所述计算机，

所述移动平台，用于在平面内移动；

所述光功率测量模块，用于测量接收到的光束的功率；

所述数据采集卡，用于将所述光功率测量模块测量的数据发送至所述计算机；

所述计算机，用于根据接收到的数据进行计算得到光斑均匀度并进行显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

可变光阑，用于控制所述光功率测量模块接收到的光束的大小。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

分别连接所述计算机和所述可变光阑的自动控制机构；

所述自动控制机构，用于根据所述计算机的光圈调节控制指令对所述可变光阑的光圈大小进行调节。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

分别连接所述计算机和所述移动平台的移动控制机构；

所述移动控制机构，用于根据所述计算机的移动控制指令，控制所述移动平台在平面内移动。

5.一种控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的系统，所述方法包括：

控制所述移动平台在平面内移动，使得所述光功率测量模块测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率；

所述计算机接收所述光功率测量模块测得的所有光束功率；

所述计算机从所述所有光束功率中选取最大光束功率和最小光束功率；

所述计算机根据光斑均匀度公式计算得到所述待测光束范围的光斑均匀度，所述光斑均匀度公式为：

光斑均匀度＝1-(最大光束功率-最小光束功率)/(最大光束功率+最小光束功率)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述计算机从所述所有光束功率中选取最大光束功率和最小光束功率步骤前，还包括：

所述计算机从所述所有光束功率中，识别异常数据并删除。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述识别异常数据，具体为：

判断所述所有光束功率中最大光束功率减去第二大光束功率的差值是否大于第一异常阈值，若是则确定所述最大光束功率为异常数据；

和/或，

判断所述所有光束功率中第二小光束功率减去最小光束功率的差值是否大于第二异常阈值，若是则确定所述最小光束功率为异常数据。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述识别异常数据，具体为：

确定所述所有光束功率中最大光束功率和/或最小光束功率为异常数据。

9.根据权利要求5～8任意一项所述的方法，其特征在于，所述系统还包括可变光阑，以及分别连接所述计算机和所述可变光阑的自动控制机构；

在所述控制所述移动平台在平面内移动步骤前，还包括：

所述计算机根据待测光束范围的功率和所述光功率测量模块的测量阈值，计算得到所述可变光阑的光圈目标值；

所述计算机发送包含所述光圈目标值的光圈调节控制指令至所述自动控制机构；

所述自动控制机构控制所述可变光阑的光圈大小为所述光圈目标值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述系统还包括分别连接所述计算机和所述移动平台的移动控制机构；

所述控制所述移动平台在平面内移动，使得所述光功率测量模块测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率，具体包括：

所述计算机发送移动控制指令至所述移动控制机构，以控制所述移动平台在平面内移动，使得所述光功率测量模块测得待测光束范围内的多个待测子范围的各个光束功率。