CN109596214A - 一种激光器输出功率检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光器输出功率检测系统及检测方法。所述激光器输出功率检测系统结构简单，只需采用矢量涡旋光束生成器，再加一个非局域非线性介质、一个孔径光阑、一个偏振装置和偏振态检测装置即可实现激光器输出功率的检测，装置成本较低且性能十分稳定。由于采用偏振态检测装置来观测矢量涡旋光束的偏振态随激光器输出功率改变前后的旋转角度变化，因此响应速度快。并且本发明提供的激光器输出功率检测系统及方法能够适用于不同种类的生产控制系统，可实时对激光器输出功率进行检测，适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，特别是涉及一种激光器输出功率检测系统及检测方法。
背景技术
在现代社会的生产加工领域，激光在很多方面都有应用，而矢量涡旋光束是一种各向异性偏振光，即光束横截面不同位置上的偏振态是不同的。正是由于这种新颖的偏振态分布特点，矢量涡旋光束由于其独特的具有螺旋相位的偏振态，在光场时空演化及其与其他物质相互作用中起着非常重要的作用。例如，径向涡旋偏振光束经高数值孔径聚焦，可在焦点附近产生一个很强的纵向光场分量，形成超过衍射极限的聚焦光斑；角向涡旋偏振光束可被聚焦到一个空心暗点。这些特性在粒子加速、单分子成像和近场光学等领域具有潜在的应用价值。非局域非线性介质在过去的几十年里因其传播性质和潜在的应用而引起了极大的兴趣。非局部材料在特定点的折射率与所有其他材料点处的光束强度有关。如果材料响应函数的特征长度远大于波束宽度，则该介质称为强非局域非线性(SNN，Stronglynonlocal nonlinear)介质。光在许多SNN介质中的新现象已被证明，如异相孤子，压缩塌陷，涡旋孤子，多极孤子，旋转呼吸，方位角，椭圆图和自诱导分数傅里叶变换等，光束在非局域非线性介质中的传输受到了广泛的关注。
随着激光技术的日益发展，激光器的应用范围越来越广泛，而激光加工又是激光器在现实生产生活中应用最大的项目，也是提高传统加工产业生产效率最重要的手段。激光加工有着传统加工方式不可比拟的优势，而激光器在对各种不同材料的加工过程中，其输出功率的大小及稳定性对激光加工的整体水平有着直接的影响。如果有一个系统能够实时的检测并监控激光器的输出功率大小及稳定性，那么激光加工的整体水平将得到有效的提高。
最早人们利用激光能量计或激光功率计来探测激光器输出的激光功率值，但是这种方法对测量仪器的探头有一定的要求，常用测量仪器的探头多数为石墨，响应速度比较慢，且需要对其进行水冷才能保证探头的长时间工作，同时这种方法一般不能对激光器的输出功率进行实时测量，在工程应用中很不方便。
考虑到成本，并能有针对性的解决实际工程问题，结合光电子技术来测量激光器输出功率的方法运用的更为广泛，归纳起来，常见的激光器输出功率检测系统通常包括前端的激光取样系统和后端的数据处理及显示系统。常见的激光取样系统主要包括以下几种：
(1)采用旋转光刀法对输出光束进行采样。这种光束取样系统能够在不影响设备正常工作的情况下，实时测量激光器的功率输出。但是受工作环境和光刀等设备的制造工艺影响，采样的结果有时候会不稳定，并且不能用来测量周期性的高频率脉冲激光器的激光输出功率。
(2)在激光器谐振腔的尾镜处对输出光束进行采样。将一面透射率很低的球面反射镜作为激光器谐振腔的尾镜，利用聚焦镜将从尾镜透射出来微弱激光光束经过聚焦之后，入射到探测器上，即可完成采样。这种采样方法集成度高，能够实时检测激光器的输出功率，但是只能用在激光器谐振腔尾镜的透射率不为零的系统中。
对激光器的输出光束进行采样之后，必须经过后端的硬件电路系统对其进行处理与控制，才能构成一个完整的激光器输出功率稳定性监控系统，而常见的后端数据处理及显示系统概括起来主要有以下几种：
(1)利用PLC来完成工业控制系统的设计。PLC是Programmable Logic Controller的英文缩写，是一种可以通过编程实现的逻辑控制器，自取代工业控制中常用的继电器装置以来，在全球得到了迅速的发展，该控制器不仅可以输入输出数字量，还可以处理模拟量，在多种不同种类的生产控制系统中都适用。目前，德国的Laserline公司所研制的系列产品采用PLC作为控制系统的主控MCU，将不同的控制单元高效的集成在一起，在保证性能优良的前提下使得操作更加便捷，维护更加简单。国内也有利用PLC实现对激光器的控制的，如华中科技大学采用西门子公司生产的PLC S7-200系列完成了对CO2激光器工作状态的监控；北京工业大学利用PLC作为激光加工系统中下位机的控制器，效果都很不错。PLC虽然控制功能强，使用和维护起来都很方便快捷，但是它的控制和数据处理的功能都比较少，运行的速度也比较低，指令运行的速度在μs级，无法满足快速实时控制的场合，最关键的是价格比较贵。
(2)利用DSP来完成工业控制系统的设计。DSP是Digital Signal Process的简写，是一种专门用于处理高速实时数字信息的微型处理器，不允许信号延迟，运算功能很强大。目前，国内已经有人成功的将DSP技术运用于激光器的控制系统中，吉林大学利用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为控制系统的主控芯片，大大提高了大功率TEACO2激光器控制系统的工作速度，改善了数据处理能力。华中科技大学的研究员成功的将DSP技术运用在激光器的控制与显示系统上，使得对激光器的操作更加直观便捷。虽然DSP的数据处理能力十分强大，但是功耗比较高，不适用与对功耗要求很苛刻的系统。
(3)利用ARM来完成工业控制系统的设计。ARM公司研发了很多基于RISC的处理器，该类处理器价格低、性能好，在电子市场上得到了广泛的运用。最关键的是，ARM公司提供芯片相关的技术支持，极大的提高了研发人员的开发效率。部分ARM芯片还配置USB、以太网、串口、ADC等多个标准工业接口，极大的适用于工业控制，备受消费者的信赖。目前，将ARM运用在控制系统中的案例更是数不胜数，北京工业大学基于ARM嵌入式系统设计了一套实时测量激光器输出功率的系统，精度满足实验要求。南京林业大学采用ARM最新技术CortexA8作为控制系统的主控芯片，实现了对CO2激光器各参数的控制。但是ARM芯片功耗也比较高且价格昂贵。
由此可见，现有的激光器输出功率检测系统无论是取样环节还是数据处理环节，普遍存在结构复杂、响应速度慢、功耗高、价格昂贵、稳定性差且适用范围有限的技术缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光器输出功率检测系统及检测方法，以解决现有激光器输出功率检测系统结构复杂、响应速度慢、功耗高、价格昂贵、稳定性差且适用范围有限的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种激光器输出功率检测系统，所述激光器输出功率检测系统包括：所述激光器输出功率检测系统包括：依次设置的矢量涡旋光束生成器、非局域非线性介质、小孔径光阑、偏振装置以及偏振态检测装置；所述矢量涡旋光束生成器中包括待检测输出功率的激光器和用于调节所述激光器的输出功率的功率调节器；
所述矢量涡旋光束生成器生成的矢量涡旋光束从所述非局域非线性介质中出射，透过限制光束大小的所述小孔径光阑后，经过所述偏振装置得到偏振光，所述偏振光由所述偏振态检测装置接收；所述偏振态检测装置根据所述矢量涡旋光束生成器生成所述矢量涡旋光束的偏振态分布图，并根据所述偏振态分布图确定所述矢量涡旋光束的旋转角度，根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率。
可选的，所述矢量涡旋光束生成器生成的矢量涡旋光束为角向偏振变化的角向涡旋偏振光束；所述角向涡旋偏振光束的电场表达式为其中E(x,y,z＝0)为所述角向涡旋偏振光束的电场表达式；A0表示振幅，r表示角向涡旋偏振光束传播的横截面上点(x,y)的极化半径，表示点(x,y)的角向角度，表示x分量或y分量的附加相位；w0表示基模高斯光束的腰斑半径；m为偏振拓扑荷数，n为涡旋拓扑荷数；ex为x方向上的单位向量，ey为y方向上的单位向量；i表示虚数；Δθ表示沿y方向的偏振相对于沿x方向的偏振的相位差。
可选的，所述非局域非线性介质为液晶。
可选的，所述偏振装置为线偏振片、圆偏振装置或椭圆偏振装置；所述偏振光为线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光；所述线偏振片用于产生所述线偏振光；所述圆偏振装置用于产生所述圆偏振光；所述椭圆偏振装置用于产生所述椭圆偏振光。
可选的，所述偏振态检测装置包括CCD图像传感器和电脑；所述CCD图像传感器与所述电脑连接；所述CCD图像传感器用于拍摄所述偏振光的偏振光图像；所述电脑用于根据所述偏振光图像生成所述矢量涡旋光束的偏振态分布图，并根据所述偏振态分布图确定所述矢量涡旋光束的旋转角度，根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率。
一种激光器输出功率检测方法，所述检测方法应用于所述激光器输出功率检测系统；所述检测方法包括：
获取所述CCD图像传感器拍摄的第一偏振光的第一偏振光图像和第二偏振光的第二偏振光图像；
根据所述第一偏振光图像和所述第二偏振光图像分别生成第一矢量涡旋光束的第一偏振态分布图和第二矢量涡旋光束的第二偏振态分布图；
根据所述第一偏振态分布图和所述第二偏振态分布图确定所述第二矢量涡旋光束相对于所述第一矢量涡旋光束的旋转角度；
根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率变化倍数；
根据所述输出功率变化倍数确定所述激光器的输出功率。
可选的，所述获取所述CCD图像传感器拍摄的第一偏振光的第一偏振光图像和第二偏振光的第二偏振光图像之前，还包括：
采用功率调节器调节所述激光器的输出功率至第一输出功率；
所述激光器发出所述第一输出功率的第一矢量涡旋光束；
所述第一矢量涡旋光束依次经过所述非局域非线性介质、所述小孔径光阑后以及所述偏振装置后，形成第一偏振光；
所述CCD图像传感器拍摄所述第一偏振光的第一偏振光图像；
采用所述功率调节器调节所述激光器的输出功率至第二输出功率；
所述激光器发出所述第二输出功率的第二矢量涡旋光束；
所述第二矢量涡旋光束依次经过所述非局域非线性介质、所述小孔径光阑后以及所述偏振装置后，形成第二偏振光；
所述CCD图像传感器拍摄所述第二偏振光的第二偏振光图像。
可选的，所述根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率变化倍数，具体包括：
当所述第一矢量涡旋光束与所述第二矢量涡旋光束的传播距离均为z＝kπzp时，若所述旋转角度为则确定所述激光器的输出功率变化倍数为l倍；其中z表示矢量涡旋光束的传播距离；k表示传播距离系数；zp表示矢量涡旋光束在z轴传播的单位长度。
可选的，所述根据所述输出功率变化倍数确定所述激光器的输出功率，具体包括：
确定所述第一输出功率与所述输出功率变化倍数的乘积为所述激光器的输出功率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种激光器输出功率检测系统及检测方法。所述激光器输出功率检测系统包括依次设置的矢量涡旋光束生成器、非局域非线性介质、小孔径光阑、偏振装置以及偏振态检测装置；所述矢量涡旋光束生成器中包括待检测输出功率的激光器和用于调节所述激光器的输出功率的功率调节器。本发明激光器输出功率检测系统结构简单，采用的矢量涡旋光束生成器的使用已经相当成熟且功耗较低，再加一个非局域非线性介质、一个孔径光阑、一个偏振装置和偏振态检测装置即可实现激光器输出功率的检测，装置成本较低且性能十分稳定。由于采用偏振态检测装置来观测矢量涡旋光束的偏振态随激光器输出功率改变前后的旋转角度变化，因此响应速度快。此外本发明提供的激光器输出功率检测系统及方法能够适用于不同种类的生产控制系统，可实时对激光器输出功率进行检测，适用范围更广。
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性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的激光器输出功率检测系统的结构示意图；
图2为矢量涡旋光束在非局域非线性介质中传输距离为z＝π*zp的线偏振分量的纵切面光强分布图；
图3为矢量涡旋光束在非局域非线性介质中传输距离为z＝π*zp的线偏振分量随输入功率变化的横截面光强分布图。
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。
本发明的目的是提供一种激光器输出功率检测系统及检测方法，以解决现有激光器输出功率检测系统结构复杂、响应速度慢、功耗高、价格昂贵、稳定性差且适用范围有限的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的激光器输出功率检测系统的结构示意图。参见图1，本发明提供的激光器输出功率检测系统包括：依次设置的矢量涡旋光束生成器、非局域非线性介质C、小孔径光阑D、偏振装置E以及偏振态检测装置。所述矢量涡旋光束生成器中包括待检测输出功率的激光器A和功率调节器B；所述功率调节器B用于调节所述激光器A的输出功率。所述偏振态检测装置包括CCD图像传感器F和电脑G。
所述矢量涡旋光束生成器用于生成角向偏振变化的矢量涡旋光束，即角向涡旋偏振光束。所述角向涡旋偏振光束的电场表达式为：
其中E(x,y,z＝0)为所述角向涡旋偏振光束的电场表达式。如图1所示建立所述角向涡旋偏振光束传播的坐标轴，其中x轴和y轴分别表示矢量涡旋光束传播的横截面的水平方向坐标轴和竖直方向坐标轴，z轴表示矢量涡旋光束的传播方向的坐标轴。A0表示振幅，r表示角向涡旋偏振光束传播的横截面上点(x,y)的极化半径， 表示点(x,y)的角向角度。表示矢量涡旋光束的x分量或y分量的附加相位。w0表示基模高斯光束的腰斑半径；m为偏振拓扑荷数，n为涡旋拓扑荷数。ex为x方向上的单位向量，ey为y方向上的单位向量；i表示虚数；Δθ表示沿y方向的偏振相对于沿x方向的偏振的相位差。
所述矢量涡旋光束生成器生成的矢量涡旋光束在非局域非线性介质(如液晶)C中传播后，经过限制光束大小的小孔径光阑D，再经过偏振装置E得到偏振光，通过CCD图像传感器F接收该偏振光。所述CCD图像传感器F与所述电脑G连接。所述CCD图像传感器F用于拍摄所述偏振光的偏振光图像。所述电脑G用于根据所述偏振光图像生成所述矢量涡旋光束的偏振态分布图，并根据所述偏振态分布图确定所述矢量涡旋光束的旋转角度，根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率。所述偏振光图像在所述电脑G上与所述图像传感器F相匹配的软件中被转换为矢量涡旋光束的偏振态分布图，矢量涡旋光束的偏振态分布图如图2与图3所示。
所述偏振装置为线偏振片、圆偏振装置或椭圆偏振装置；所述偏振光为线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光；所述线偏振片用于产生所述线偏振光；所述圆偏振装置用于产生所述圆偏振光；所述椭圆偏振装置用于产生所述椭圆偏振光。
采用本发明提供的激光器输出功率检测系统，可以通过线偏振光或者圆(椭圆)偏振光的偏振态旋转角度，获得激光器输出功率变化情况，从而确定激光器的输出功率。下面以线偏振光的情况为例，详细介绍本发明的输出功率检测方法，圆(椭圆)偏振光与线偏振光的规律一致。
作为本发明的一种具体实施方式，所述偏振装置为线偏振片，矢量涡旋光束生成器生成的矢量涡旋光束从非局域非线性介质(如液晶)C中出射，透过限制光束大小的小孔径光阑D后，经过线偏振片E得到线偏振光，线偏振光通过CCD图像传感器F接收，在连接CCD图像传感器F的电脑G上与图像传感器相匹配的软件中呈现矢量涡旋光束的线偏振态分布图。保证矢量涡旋光束的传播距离不变，使用CCD图像传感器F获取最初位置的第一线偏振态分布图，通过功率调节器B改变矢量涡旋光束生成器中激光器(待测功率变化数值的装置)的输入功率，从而改变激光器A的输出功率，并引起经过非局域非线性介质(如液晶)C的矢量涡旋光束的偏振态变化(旋转)，通过CCD图像传感器F检测改变功率前后偏振态的变化情况(旋转角度)，然后进行分析和计算，从而获得激光器输出功率变化的具体数值。
根据线偏振片E放置方向不同，线偏振光的偏振方向也不一致，例如，当线偏振片偏振方向水平(竖直)放置时，会得到沿水平(竖直)方向偏振的线偏振光，那么CCD图像传感器F接收到的偏振态分布图则是矢量涡旋光束沿x(y)方向偏振的线偏振分量。图2(a)、(b)所示分别为线偏振分量沿水平方向和竖直方向偏振的线偏振态分布图。图2中右侧能量条的正值代表沿水平方向偏振，负值表示沿竖直方向偏振。
本发明采用zp表示矢量涡旋光束在z轴传播的单位长度，则有：
其中γ是与非局域非线性介质(如液晶)的响应函数R(r)相关的材料参数，Pin为激光器的输出功率。
其中l为任意的正实数，用来表示激光器输出功率的变化倍数。z'p为激光器输出功率变化l倍时矢量涡旋光束在z轴传播的长度。则
图2为矢量涡旋光束在非局域非线性介质中传输距离为z＝π*zp的线偏振分量的纵切面光强分布图。图2中横坐标表示矢量涡旋光束的传播距离，纵坐标表示xy平面(矢量涡旋光束横截面)的x轴坐标，单位为w0，w0＝10-5m，图中所示平面表示矢量涡旋光束传输时的纵切面。图2(a)表示激光器输出功率为pin、传播距离z＝πzp时的矢量涡旋光束的线偏振分量的纵切面光强分布图。图2(b)表示激光器输出功率为4pin、传播距离时的矢量涡旋光束的线偏振分量的纵切面光强分布图。由图2可知，传播距离保持πzp不变时，当第二输出功率变为第一输出功率的4倍，此时而原本在πzp的线偏振态(图2(a)中虚线所标注位置)变为了πz'p＝πzp/2时候的偏振态(图2(b)中虚线所标注位置)，即偏振态顺时针旋转了-π/2。
图3为矢量涡旋光束在非局域非线性介质中传输距离为z＝π*zp的线偏振分量随输入功率变化的横截面光强分布图。图3中的横坐标表示矢量涡旋光束的x方向，y表示矢量涡旋光束的y方向，xy平面表示矢量涡旋光束传播的横截面。其中x、y的单位为w0，w0＝10- 5m。图3(a)-3(d)分别表示传播距离为z＝πzp，激光器输出功率为pin,pin/4,2pin,4pin时的矢量涡旋光束的线偏振分量的横截面光强分布图。由图3(b)可知，当输出功率变为时，线偏振分量较输出功率为Pin时旋转了2π；图3(c)表示输入功率变为2pin时，偏振态较输出功率为Pin时旋转了图3(d)显示当输出功率变为4pin时，偏振态较输出功率为Pin时旋转了-0.5π。由此可以证明，当传播距离保持z＝kπzp不变，激光器输出功率改变l倍，即时，偏振态旋转其中正值代表顺时针旋转，负值代表逆时针旋转的结论。那么如果知道偏振态的旋转角度，就可以反推出激光器的输出功率改变了多少。
基于以上原理，本发明提供一种激光器输出功率检测方法，所述检测方法应用于所述激光器输出功率检测系统；所述检测方法包括：
采用功率调节器B调节所述激光器A的输出功率至第一输出功率；优选的，所述第一输出功率对应最初位置的偏振态分布图，根据最初位置的偏振态分布图可知对应的所述第一输出功率的功率值。所述激光器A发出所述第一输出功率的第一矢量涡旋光束；所述第一矢量涡旋光束依次经过所述非局域非线性介质C、所述小孔径光阑D后以及所述偏振装置E后，形成第一偏振光；所述CCD图像传感器F拍摄所述第一偏振光的第一偏振光图像。
采用所述功率调节器B调节所述激光器A的输出功率至第二输出功率，所述激光器A发出所述第二输出功率的第二矢量涡旋光束；所述第二矢量涡旋光束依次经过所述非局域非线性介质C、所述小孔径光阑D后以及所述偏振装置E后，形成第二偏振光；所述CCD图像传感器F拍摄所述第二偏振光的第二偏振光图像。
获取所述CCD图像传感器拍摄的第一偏振光的第一偏振光图像和第二偏振光的第二偏振光图像；根据所述第一偏振光图像和所述第二偏振光图像分别生成第一矢量涡旋光束的第一偏振态分布图和第二矢量涡旋光束的第二偏振态分布图；根据所述第一偏振态分布图和所述第二偏振态分布图确定所述第二矢量涡旋光束相对于所述第一矢量涡旋光束的旋转角度。
根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率变化倍数；当所述第一矢量涡旋光束与所述第二矢量涡旋光束的传播距离均为z＝kπzp时，若所述旋转角度为则确定所述激光器的输出功率变化倍数为l倍；其中z表示矢量涡旋光束的传播距离；k表示传播距离系数；zp表示矢量涡旋光束在z轴传播的单位长度。
根据所述输出功率变化倍数确定所述激光器的输出功率。确定所述第一输出功率与所述输出功率变化倍数的乘积为所述激光器的输出功率。
本发明提供的激光器输出功率检测系统通过功率调节器改变矢量涡旋光束生成器中激光器(待测功率变化数值的装置)的输入功率，从而改变激光器的输出功率，并引起经过非局域非线性介质(如液晶)的矢量涡旋光束的偏振态变化(旋转)，通过CCD检测改变功率前后偏振态的变化情况(旋转角度)，然后在计算机程序中分析和计算，从而获得激光器输出功率变化具体的数值。所述检测系统结构简单，响应速度快，成本低，结果稳定，适用于不同种类的生产控制系统，可实时对激光器输出功率进行检测。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种激光器输出功率检测系统，其特征在于，所述激光器输出功率检测系统包括：依次设置的矢量涡旋光束生成器、非局域非线性介质、小孔径光阑、偏振装置以及偏振态检测装置；所述矢量涡旋光束生成器中包括待检测输出功率的激光器和用于调节所述激光器的输出功率的功率调节器；
所述矢量涡旋光束生成器生成的矢量涡旋光束从所述非局域非线性介质中出射，透过限制光束大小的所述小孔径光阑后，经过所述偏振装置得到偏振光，所述偏振光由所述偏振态检测装置接收；所述偏振态检测装置根据所述矢量涡旋光束生成器生成所述矢量涡旋光束的偏振态分布图，并根据所述偏振态分布图确定所述矢量涡旋光束的旋转角度，根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率。
2.根据权利要求1所述的激光器输出功率检测系统，其特征在于，所述矢量涡旋光束生成器生成的矢量涡旋光束为角向偏振变化的角向涡旋偏振光束；所述角向涡旋偏振光束的电场表达式为
其中E(x,y,z＝0)为所述角向涡旋偏振光束的电场表达式；A0表示振幅，r表示角向涡旋偏振光束传播的横截面上点(x,y)的极化半径，表示点(x,y)的角向角度，表示x分量或y分量的附加相位；w0表示基模高斯光束的腰斑半径；m为偏振拓扑荷数，n为涡旋拓扑荷数；ex为x方向上的单位向量，ey为y方向上的单位向量；i表示虚数；Δθ表示沿y方向的偏振相对于沿x方向的偏振的相位差。
3.根据权利要求1所述的激光器输出功率检测系统，其特征在于，所述非局域非线性介质为液晶。
4.根据权利要求1所述的激光器输出功率检测系统，其特征在于，所述偏振装置为线偏振片、圆偏振装置或椭圆偏振装置；所述偏振光为线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光；所述线偏振片用于产生所述线偏振光；所述圆偏振装置用于产生所述圆偏振光；所述椭圆偏振装置用于产生所述椭圆偏振光。
5.根据权利要求1所述的激光器输出功率检测系统，其特征在于，所述偏振态检测装置包括CCD图像传感器和电脑；所述CCD图像传感器与所述电脑连接；所述CCD图像传感器用于拍摄所述偏振光的偏振光图像；所述电脑用于根据所述偏振光图像生成所述矢量涡旋光束的偏振态分布图，并根据所述偏振态分布图确定所述矢量涡旋光束的旋转角度，根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率。
6.一种激光器输出功率检测方法，其特征在于，所述检测方法应用于权利要求1所述的激光器输出功率检测系统；所述检测方法包括：
获取所述CCD图像传感器拍摄的第一偏振光的第一偏振光图像和第二偏振光的第二偏振光图像；
根据所述第一偏振光图像和所述第二偏振光图像分别生成第一矢量涡旋光束的第一偏振态分布图和第二矢量涡旋光束的第二偏振态分布图；
根据所述第一偏振态分布图和所述第二偏振态分布图确定所述第二矢量涡旋光束相对于所述第一矢量涡旋光束的旋转角度；
根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率变化倍数；
根据所述输出功率变化倍数确定所述激光器的输出功率。
7.根据权利要求6所述的激光器输出功率检测方法，其特征在于，所述获取所述CCD图像传感器拍摄的第一偏振光的第一偏振光图像和第二偏振光的第二偏振光图像之前，还包括：
采用功率调节器调节所述激光器的输出功率至第一输出功率；
所述激光器发出所述第一输出功率的第一矢量涡旋光束；
所述第一矢量涡旋光束依次经过所述非局域非线性介质、所述小孔径光阑后以及所述偏振装置后，形成第一偏振光；
所述CCD图像传感器拍摄所述第一偏振光的第一偏振光图像；
采用所述功率调节器调节所述激光器的输出功率至第二输出功率；
所述激光器发出所述第二输出功率的第二矢量涡旋光束；
所述第二矢量涡旋光束依次经过所述非局域非线性介质、所述小孔径光阑后以及所述偏振装置后，形成第二偏振光；
所述CCD图像传感器拍摄所述第二偏振光的第二偏振光图像。
8.根据权利要求6所述的激光器输出功率检测方法，其特征在于，所述根据所述旋转角度确定所述激光器的输出功率变化倍数，具体包括：
当所述第一矢量涡旋光束与所述第二矢量涡旋光束的传播距离均为z＝kπzp时，若所述旋转角度为则确定所述激光器的输出功率变化倍数为l倍；其中z表示矢量涡旋光束的传播距离；k表示传播距离系数；zp表示矢量涡旋光束在z轴传播的单位长度。
9.根据权利要求6所述的激光器输出功率检测方法，其特征在于，所述根据所述输出功率变化倍数确定所述激光器的输出功率，具体包括：
确定所述第一输出功率与所述输出功率变化倍数的乘积为所述激光器的输出功率。
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