CN110031093B - 大范围激光功率传递探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大范围激光功率传递探测装置，包括分束镜、合束镜、第一支路挡板、第二支路挡板、保护挡板、硅陷阱探测器、积分球集成探测器、以及光学导轨。本发明的积分球集成探测器实现大功率范围内对输入激光功率响应的线性测试，在功率低端采用对比校准的方法进行标定，从而扩展激光传递探测装置的功率上限，硅陷阱探测器保证激光功率传递探测装置的下限，积分球集成探测器和硅陷阱探测器配合使用，实现激光功率传递探测装置适用激光功率范围拓展。
Description
技术领域
本发明涉及激光功率标定技术领域，尤其涉及一种大范围激光功率传递探测装置。
背景技术
在激光功率标定领域，为了得到绝对的激光功率值，常采用的方法是溯源到低温辐射计，采用硅陷阱探测器作为激光功率传递探测装置，对其他类型的激光功率测量装置进行标定。
由于低温辐射计具有很低的测量不确定度，所以可以提供很高的绝对激光功率精度，但是低温辐射计使用繁琐，每次开机需要很长的时间，不适于频繁使用，因此，需要采用高性能的传递探测装置，首先利用低温辐射计对传递探测装置进行标定，标定后的传递探测装置再对待标定的激光功率计进行对比标定，实现激光功率的量值传递。
一般采用硅陷阱探测器作为传递探测装置，硅陷阱探测器采用三个光电二极管反射式陷阱结构，可以提高探测器的灵敏度、减小器件带来的影响、降低偏振非敏感性。三个光电二极管均采用硅探测器，无窗器件，三者在电路上并联，陷阱结构产生的总光电流经过前置放大器转换为电压输出。
受硅光电二极管饱和光功率低的影响，硅陷阱探测器的一般只应用在小于等于1mW的激光功率测试，功率升高会引起较大的非线性效应，使得测量不确定度增加。
所以，利用硅陷阱探测器作为传递探测装置只能在1mW以下的小功率点对激光功率测量装置进行标定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何克服传统硅陷阱探测器作为激光功率传递探测装置时，存在的饱和功率低、适应功率范围小的问题，提出一种大范围激光功率传递探测装置，以提高适应激光功率上限，实现大范围激光功率传递的目的。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种大范围激光功率传递探测装置，包括：
用于将入射激光分为功率大致相等的两支路光束的分束镜；
用于将分束镜的两支路光束合束的合束镜，其设置在分束镜的光路下游；所述两支路光束上均设置有沿垂直光路方向移动的支路挡板；
硅陷阱探测器Ⅰ，其设置在光学导轨上且可在光学导轨上移动，且位于合束镜的光路下游；所述硅陷阱探测器Ⅰ与合束镜之间设置有沿垂直光路方向移动的保护挡板；所述光学导轨的移动方向垂直于光入射方向；
积分球集成探测器，其设置在硅陷阱探测器Ⅰ的后面，且位于合束镜的光路下游。
优选的是，所述分束镜和合束镜均采用偏光镜，所述分束镜将入射激光分为光矢量方向相互垂直的两束线偏振光。
优选的是，所述积分球集成探测器包括：
积分球，其上设置有积分球开孔；
积分球内挡板，其设置在积分球内；
与积分球配合的硅陷阱探测器Ⅱ或硅探测器，其设置在积分球外表面；
其中，来自合束镜的入射激光从积分球开孔入射至积分球内，在积分球的内壁漫反射，积分球内挡板防止积分球内一次反射光直接进入与积分球配合的硅陷阱探测器Ⅱ上。
优选的是，所述两支路光束的其中一路光束直接照射至合束镜，另一路光束通过设置的第一反射镜和第二反射镜转向至合束镜。
优选的是，所述第一反射镜和第二反射镜转均不改变入射激光的偏振态。
优选的是，所述两支路光束的其中一路光束通过第三反射镜转向至合束镜，另一路光束通过第四反射镜转向至合束镜。
优选的是，所述第三反射镜和第四反射镜均不改变入射激光的偏振态。
优选的是，所述分束镜采用平行偏振分束镜，所述合束镜采用平行偏振合束镜。
本发明至少包括以下有益效果：本发明所设计的大范围激光功率传递探测装置可以大幅度提高激光功率标定上限，拓展激光功率传递范围，可以实现更大激光功率的对比标定。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明一种技术方案的大范围激光功率传递探测装置的结构示意图；
图2为本发明另一种技术方案的大范围激光功率传递探测装置的结构示意图；
图3为本发明另一种技术方案的大范围激光功率传递探测装置的结构示意图；
图4为本发明积分球集成探测器的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1～4示出了本发明的一种大范围激光功率传递探测装置，包括：
用于将入射激光100分为功率大致相等的两支路光束(A，B)的分束镜1；
用于将分束镜1的两支路光束(A，B)合束的合束镜2，其设置在分束镜1的光路下游；所述两支路光束(A，B)上均设置有沿垂直光路方向移动的支路挡板，即支路光束A上设置有第一支路挡板5，支路光束B上设置有第二支路挡板6；
硅陷阱探测器Ⅰ8，其设置在光学导轨11上且可在光学导轨11上移动，且位于合束镜2的光路下游；所述硅陷阱探测器Ⅰ8与合束镜2之间设置有沿垂直光路方向移动的保护挡板7；所述光学导轨11的移动方向垂直于光入射方向；所述光学导轨上还设置有待标定激光功率计或室温电标定辐射计10；
积分球集成探测器9，其设置在硅陷阱探测器Ⅰ8的后面，且位于合束镜2的光路下游；
在上述技术方案中，入射激光100经过分束镜1后分为光强大致相等的两束，沿不同路径传输后经合束镜2合在一起；合束后的激光进入所述硅陷阱探测器或所述积分球集成探测器，A光路上设有第一支路挡板5，B光路上设有第二支路挡板6，两个支路挡板可以移动，实现对A、B两路激光的遮挡和开启通过；合束镜2输出的光由硅陷阱探测器8或积分球集成探测器9接收，硅陷阱探测器8和待标定激光功率计10放置在光学导轨上，沿导轨移动，移动方向垂直于光入射方向，在合束镜2和硅陷阱探测器8之间设置防护挡板7，在探测器更换时将光路挡住，避免入射激光对探测器造成损伤，积分球集成探测器9放置在硅陷阱探测器8以及待标定激光功率计10后面，当硅陷阱探测器8以及待标定激光功率计10移开光路时，光可以直接入射积分球集成探测器9，积分球集成探测器9位置固定不动，保证激光每次入射积分球时，入射角度和入射位置都一致。
在上述技术方案中，所述分束镜和合束镜均采用偏光镜，所述分束镜将入射激光分为光矢量方向相互垂直的两束线偏振光；采用这种方式，考虑激光具有较强的相干特性，如果简单的分束再合束，不可避免的会受到激光干涉现象影响，所以，分束镜1和合束镜2采用偏光镜。
在上述技术方案中，如图4所示，所述积分球集成探测器9包括：
积分球02，其上设置有积分球开孔01；
积分球内挡板03，其设置在积分球02内；
与积分球02配合的硅陷阱探测器Ⅱ或硅探测器04，其设置在积分球02外表面；
其中，来自合束镜2的入射激光从积分球开孔01入射至积分球02内，在积分球02的内壁漫反射，积分球内挡板03防止积分球内一次反射光直接进入与积分球配合的硅陷阱探测器Ⅱ04上。
在上述技术方案中，所述两支路光束的其中一路光束直接照射至合束镜，另一路光束通过设置的第一反射镜3和第二反射镜4转向至合束镜；采用这种方式，入射激光100经过分束镜1后分为偏振方向相互垂直的A、B两束光，A光的光矢量振动方向平行于纸面，B光的光矢量振动方向垂直于纸面，B光经第一反射镜和第二反射镜后进入合束镜，和A光偏振合束，由于参与合束的两束光偏振方向正交，所以可以有效避免激光干涉的影响。
在上述技术方案中，所述第一反射镜和第二反射镜均不改变入射激光的偏振态。
采用上述的技术方案，如图1所示。在低功率下，利用硅陷阱探测器Ⅰ对积分球集成探测器进行标定，在高功率的情况下，考查积分球集成探测器的线性，实现激光功率标定范围拓展，具体工作过程如下：
(1)调节入射激光100的功率，使其位于硅陷阱探测器Ⅰ可接受的最大功率以下，将第一支路挡板5、第二支路挡板6、保护挡板7移开光路，将光学导轨上的硅陷阱探测器Ⅰ8移动到光路上，记录硅陷阱探测器Ⅰ8测量得到的入射光功率psi-0，
(2)将保护挡板7移到光路上，挡住入射光，移开硅陷阱探测器Ⅰ8，移开保护挡板7，让光入射到积分球集成探测器上，记录积分球集成探测器给出的功率值psp-0，得到积分球集成探测器的标定系数为：
实现在低功率下，对积分球集成探测器进行校准。
(3)用第二支路挡板6挡住B光，只让A光进入合束镜2，积分球集成探测器输出的电流结果为IA；将第二支路档板6移开，第一支路档板5挡住A光，积分球集成探测器输出的电流结果记为IB；将第一支路挡板5和第二支路挡板6均移开光路，让A光和B光都进入合束镜，积分球集成探测器9测量到的结果记为IA+B；则在IA+B处对应的探测器线性标校系数记为：
理想情况下，η1＝1，由此可以评估积分球集成探测器9的线性，另外，利用线性标校系数还可以对积分球集成探测器9的响应非线性进行标校，降低非线性引起的测量不确定度。
(4)将入射激光功率倍增，调至2p0，重复过程(3)的操作，可以将测量功率范围拓展至2p0，以此类推，逐步扩展，将激光功率范围的上限拓展至需要的功率范围上限。
(5)利用硅陷阱探测器Ⅰ8和积分球集成探测器9对待标定激光或室温电标定辐射计进行标定。
在另一种技术方案中，如图2所示，所述两支路光束的其中一路光束A通过第三反射镜14转向至合束镜2，另一路光束B通过第四反射镜15转向至合束镜2；A、B两路光在合束时走的光程近似相等，并且都经过了反射镜一次反射，两路光在传输中产生的损耗一致，可以保证参与合束的两部分光功率一致。
在上述技术方案中，所述第三反射镜和第四反射镜转均不改变入射激光的偏振态。
在上述技术方案中，如图3所示，所述分束镜采用平行偏振分束镜12，所述合束镜采用平行偏振合束镜13；平行偏振分束镜12分出的两束偏振光经平行偏振合束镜13后可以合成一束。采用这种技术方案可以不采用反射镜，简化了装置的结构。
在本发明中，图1和图2所示的实施方式中，分束镜分出的两束光传播方向不一致，对于合束器，进行合束的两束光的传播方向也不一致。
图3所示的实施方式中，分束器和合束器分别采用平行偏振分束器和平行偏振合束器，分束器分出的两束光传播方向一致，对于合束器，进行合束的两束光传播方向也一致。
与图1、图2所示的实施方式相比较，图3所示的实施方式中不需要反射镜。
本发明积分球集成探测器实现大功率范围内对输入激光功率响应的线性测试，在功率低端采用对比校准的方法进行标定，从而扩展激光传递探测装置的功率上限，硅陷阱探测器保证激光功率传递探测装置的下限，积分球集成探测器和硅陷阱探测器配合使用，实现激光功率传递探测装置适用激光功率范围拓展。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的大范围激光功率传递探测装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (4)
1.一种大范围激光功率传递探测装置，其特征在于，包括：
用于将入射激光分为功率大致相等的两支路光束的分束镜；
用于将分束镜的两支路光束合束的合束镜，其设置在分束镜的光路下游；所述两支路光束上均设置有沿垂直光路方向移动的支路挡板；
硅陷阱探测器Ⅰ，其设置在光学导轨上且可在光学导轨上移动，且位于合束镜的光路下游；所述硅陷阱探测器Ⅰ与合束镜之间设置有沿垂直光路方向移动的保护挡板；所述光学导轨的移动方向垂直于光入射方向；
积分球集成探测器，其设置在硅陷阱探测器Ⅰ的后面，且位于合束镜的光路下游；
所述分束镜和合束镜均采用偏光镜，所述分束镜将入射激光分为光矢量方向相互垂直的两束线偏振光；
所述积分球集成探测器包括：
积分球，其上设置有积分球开孔；
积分球内挡板，其设置在积分球内；
与积分球配合的硅陷阱探测器Ⅱ或硅探测器，其设置在积分球外表面；
其中，来自合束镜的入射激光从积分球开孔入射至积分球内，在积分球的内壁漫反射，积分球内挡板防止积分球内一次反射光直接进入与积分球配合的硅陷阱探测器Ⅱ上；
所述两支路光束的其中一路光束直接照射至合束镜，另一路光束通过设置的第一反射镜和第二反射镜转向至合束镜；
所述第一反射镜和第二反射镜均不改变入射激光的偏振态。
2.如权利要求1所述的大范围激光功率传递探测装置，其特征在于，所述两支路光束的其中一路光束通过第三反射镜转向至合束镜，另一路光束通过第四反射镜转向至合束镜。
3.如权利要求2所述的大范围激光功率传递探测装置，其特征在于，所述第三反射镜和第四反射镜转均不改变入射激光的偏振态。
4.如权利要求1所述的大范围激光功率传递探测装置，其特征在于，所述分束镜采用平行偏振分束镜，所述合束镜采用平行偏振合束镜。
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