CN111121960A - 一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光领域，特别是一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统,其特征是，至少包括：入射待测激光器、控制激光器(2)、吸能介质（3）、采样装置（11）、成像透镜（6）、CCD快速相机（7）、光学平移台（8）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）；入射待测激光器（1）通过采样装置（11）的入射待测激光路经成像透镜（6）到CCD快速相机（7），控制激光器（2）通过采样装置（11）的控制激光器光路经光电倍增管（9）到图像采集及控制系统（10）。它提供了一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，以便能在检测光束质量和能量时，不影响光束质量,实现高质量的连续激光光束质量因子的采样测量。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，特别是一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统。
背景技术
高能强激光因其高能量密度和高功率密度，目前在科技、军事、工业领域有着重要的应用价值，其作用效果主要取决于作用于目标上的功率密度，而目标上的功率密度不仅取决于激光器输出功率，还和输出激光的光束质量有关。光束质量和光束传输特性是激光光学研究的一个重要领域，其可以为光学系统设计、光束传输变换和光束质量控制提供理论依据；其中利用CCD进行直接测量是测量高能强激光光束质量因子的重要方法。
受限于测量仪器的动态响应范围以及光学元件的损伤阈值，激光必须经过一系列衰减将能量降至合适的范围。常用的衰减方式为利用衰减片组成的衰减系统，衰减系统由反射式衰减片和透射式衰减片组成，其涉及到对光学系统光路的改变，整个装置的设计会引入像差；同时受制于机械定位装置的精度影响，加入光学元件会增加整个测量系统的不确定度进而影响精度。
同时，引入衰减装置后，会导致光强分布的大量高阶分量被滤波，无法得到完整的光强分布和准确的光斑尺寸；衰减后杂散光在检测系统中的比例提高，加上CCD本底灰度和噪声干扰，会对成像质量产生较大影响。如何对高能激光进行高保真的衰减并抑制杂散光的影响，是高能强激光测量系统中的一大问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，以便能在检测光束质量和能量时，不影响光束质量,实现高质量的连续激光光束质量因子的采样测量。
本发明的目的是这样实现的：一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，至少包括：入射待测激光器、控制激光器(2)、吸能介质（3）、采样装置（11）、成像透镜（6）、CCD快速相机（7）、光学平移台（8）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）；入射待测激光器（1）通过采样装置（11）的入射待测激光路经成像透镜（6）到CCD快速相机（7），控制激光器（2）通过采样装置（11）的控制激光器光路经光电倍增管（9）到图像采集及控制系统（10）；采样装置是一个随时间开闭的光开关，随着其开闭，入射待测激光器（1）输出光被截断为一束长脉冲激光进入CCD快速相机（7）；所述的控制激光器（2）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）用于提供CCD快速相机（7）快门控制信号，也就是CCD快速相机（7）的开闭信号，CCD快速相机（7）获取开启时，CCD快速相机（7）的快门打开；图像采集及控制系统（10）分别连接和CCD快速相机（7）和光电倍增管（9）；入射待测激光器（1）和透射式斩光器（4）一侧放置有吸能介质（3），CCD快速相机（7）固定在光学平移台（8）上；所述的成像透镜（6）的中心位于入射待测激光器(1)的光路上，焦点位于CCD快速相机（7）的像平面上。
所述的采样装置（11）是沿着入射待测激光器（1）的光路和控制激光器（2）的光路方向放置的透射式斩光器（4），透射式斩光器（4）包括前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402），前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）平行布置，前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）与入射待测激光器（1）的入射光光路方向形成大于90度的夹角；前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）分别包括：待测光通光圆孔（4-1）、控制光通光圆孔（4-2）、圆盘镜旋转中心（4-3）、开孔圆盘反射镜（4-4）、驱动电机机构（4-5）、基座（4-6）；待测光通光圆孔（4-1）、控制光通光圆孔（4-2）及圆盘镜旋转中心（4-3）在开孔圆盘反射镜（4-4）的水平线上，开孔圆盘反射镜（4-4）通过驱动电机机构（4-5）固定在基座（4-6）上；所述的透射式斩光器（4）有两个，沿着两个激光器的光路方向一前一后放置。
所述的前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）有同样的结构。
所述的驱动电机机构（4-5）用于驱动开孔圆盘反射镜（4-4）旋转，当入射待测激光（1）入射到前置透射式斩光器（401）时，由于开孔圆盘反射镜（4-4）在旋转，只有当待测光通光圆孔（4-1）旋转到入射待测激光1的光路上时，才有激光透过；同时入射待测激光（1）通过待测光通光圆孔（4-1）将对待测激光形成全透过、部分透过和全反射三种情况；由于待测光通光圆孔（4-1）的旋转，把连续的光变成长脉冲序列、脉冲间隔和脉冲宽度，长脉冲序列、脉冲间隔和脉冲宽度的参数由透射式斩光器（4）的转速决定，脉冲形状和输出到后续光学系统的光能量即脉冲激光平均功率由入射待测激光（1）的光斑扫过的开孔圆盘反射镜（4-4）面积和其扫过的测光通光圆孔（4-1）面积的比决定。
所述的入射待测激光（1）穿过前置透射式斩光器（401）后，在入射到后置透射式斩光器（402）上，后置透射式斩光器（402）再对入射待测激光（1）作进一步的拦截，只有当两个透射式斩光器（4）的通光孔在脉冲光传播方向完全重合时，才能输出质量最佳的脉冲；两次输出最佳脉冲的间隔即采样间隔；所述的后置透射式斩光器（402）的转速与前置透射式斩光器（401）旋转方向相反，后置透射式斩光器（402）的转速与前置透射式斩光器（401）转速转速比优选的是与前置透射式斩光器（401）前后待测光功率比相同。
所述的控制激光器（2）是与入射待测激光器（1）发出的激光频率不同的激光器。
入射待测激光器（1）当发出的光完全透过待测光通光圆孔（4-1）时，控制激光器（2）发出的光完全透过控制光通光圆孔（4-2）；所述的待测光通光圆孔（4-1）孔径是入射待测激光器（1）发出的激光光斑的1.2倍，控制光通光圆孔（4-2）孔径保证入射待测激光完全通过待测光通光圆孔（4-1）时向光电倍增管（9）输出一个快门控制信号；所述的光电倍增管（9）接收端位于控制激光器（2）发射的控制激光的光路上，当控制激光器（2）发出的光透过透射式斩光器（4）后，两个透射式斩光器（4）圆盘上开有控制光通光孔（4-2），当且仅当两个控制光通光孔（4-2）在同一条直线上且在控制激光光路上时，控制激光通过透射式斩光器（4）入射到光电倍增管（9）探头上，光电倍增管（9）检测到控制激光的光能量，向控制系统发射电信号驱动CCD快速相机（7）快门打开。
所述的采样装置（11）包括：透射式斩光器（4）和反射式斩光器（5），所述的入射待测激光器（1）的光路和控制激光器（2）的出射光路相互垂直；以控制激光器（2）为基准，从左到右依次放置反射式斩光器（5）、透射式斩光器（4）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）；反射式斩光器（5）控制光通光圆孔圆心在控制激光器（2）的光路上，透射式斩光器（4）和反射式斩光器（5）的圆盘表面与控制激光器（2）夹角均为45°，待测激光器（1）光路经过待测光低反高透反射镜（5-1）反射后与原传播方向夹角为90°，与控制激光器（2）发射的控制激光的光路平行；透射式斩光器（4）圆盘表面与反射式斩光器（5）平行，待测光通光圆孔（4-1）的圆心在待测激光器（1）的光路上，控制光通光圆孔（4-2）在控制激光器（2）的光路上；在入射待测激光器（1）的光路上和透射式斩光器（4）的后方依次放置有成像透镜（6）、CCD快速相机（7），CCD快速相机（7）的底部有光学平移台（8）；图像采集及控制系统（10）分别连接和CCD快速相机（7）和光电倍增管（9）；入射待测激光器（1）和透射式斩光器（4）一侧放置有外部设备（3-2）；所述的透射式斩光器（4）和反射式斩光器（5）两个斩光器圆盘上开有控制光通光圆孔，当且仅当控制光通光圆孔（4-2）和反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）在同一条直线上且在控制激光器（2）的光路上时，控制激光器（2）发射的激光通过斩光器系统入射到光电倍增管（9）探头上；光电倍增管（9）检测到控制激光的光能量，向控制系统发射电信号驱动CCD快速相机（7）的快门打开。
反射式斩光器（5）至少包括：待测光低反高透反射镜（5-1）、反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）、圆盘旋转中心（5-3）、开孔圆盘（5-4）、连杆（5-5）、反射式斩光器驱动电机（5-6）、反射式斩光器基座（5-7）；反射式斩光器（5）上的反射式斩光器基座（5-7）上固定连接反射式斩光器驱动电机（5-6），反射式斩光器驱动电机（5-6）另一端固定开孔圆盘（5-4）；圆盘旋转中心（5-3）在开孔圆盘（5-4）中心，反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）在开孔圆盘（5-4）中心一侧，待测光低反高透反射镜（5-1）通过连杆（5-5）连接待测光低反高透反射镜（5-1），使待测光低反高透反射镜（5-1）和反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）分置在圆盘旋转中心（5-3）两侧；待测光低反高透反射镜（5-1）和反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）和圆盘旋转中心（5-3）三者位于同一条直线上。
所述的入射待测激光器（1）发出的激光入射到反射式斩光器（5），反射式斩光器驱动电机（5-6）驱动斩光器开孔圆盘（5-4）旋转，根据入射光入射到待测光低反高透反射镜（5-1）上的时间，分为完全入射、部分入射和遮挡三种情况，当开孔圆盘（5-4）上的待测光低反高透反射镜（5-1）旋转到接触入射待测激光器（1）发出的激光时，将这一部分激光反射到透射式斩光器（4）上，形状是长脉冲序列，驱动电机机构（4-5）驱动开孔圆盘反射镜（4-4）旋转，当开孔圆盘反射镜（4-4）上的待测光通光圆孔（4-1）旋转接触由待测光低反高透反射镜（5-1）所反射来的光时，再将这一部分光透射到成像透镜（6），成像透镜（6）将光聚焦到CCD快速相机（7）上。
所述的控制激光器（2）发出的激光入射到反射式斩光器（5），当开孔圆盘（5-4）上的待测光低反高透反射镜（5-1）旋转到接触入射待测激光器（1）发出的激光时，控制激光器（2)发出的激光也接触到反射式斩光器控制光通光圆孔(5-2)，并将激光透过；当开孔圆盘反射镜(4-4)上的待测光通光圆孔(4-1)旋转接触由待测光低反高透反射镜(5-1)所反射来的光时，从反射式斩光器控制光通光圆孔(5-2)同时透过控制光通光圆孔(4-2)，照射到光电倍增管(9)上。
所述的透射式斩光器(4)的转速与反射式斩光器(5)转速不同且方向相反，两者转速比与反射式斩光器(5)前后待测光功率比乘以反射率所得数值相同。
本发明的优点是：利用快速成像技术，变对连续激光的成像为截取长脉冲激光稳定部分成像，尽量避免引入光学元件带来的像差及波前畸变，降低光学系统带来的不确定度，减少光斑中高频部分损失；在不改变测量样品部分光束质量的情况下，对进入光学系统的光束能量预先进行衰减，降低对后续光学元件材料的要求；成像时间短可以有效的抑制杂散光对光束质量的影响；该发明在使用透射式测量装置时可以得到完整的光斑信息，这是区别于之前所有高能强连续激光光束质量测量方案的独特创新。
根据实际测量需求，在误差允许范围内，除了要求前置的采样装置和后置的成像系统，中间部分光路可以兼容任意光学元件，可拓展性强。针对这一需求，除透射式测量装置外可采用反射式测量装置，其衰减倍率更高，在相同条件下可以测量功率更高的高能激光器；可通过插入方式接入待测高能强激光光路进行采样而只对原光路产生很小的影响，可用于激光器实时监测及多指标联合测量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明:
图1是本发明实施例1结构俯视图；
图2是本发明实施例2结构俯视图；
图3是本发明设计的透射式斩光器结构示意图；
图4是本发明设计的反射式斩光器结构示意图。
图中： 1、入射待测激光器；2、控制激光器；3、吸能介质；4、透射式斩光器；5、反射式斩光器；6、成像透镜；7、CCD快速相机；8、光学平移台；9、光电倍增管；10、图像采集及控制系统；4-1、待测光通光圆孔；4-2、控制光通光圆孔；4-3、圆盘镜旋转中心；4-4、开孔圆盘反射镜；4-5、驱动电机系统；4-6、基座；5-1、待测光低反高透反射镜；5-2、反射式斩光器控制光通光圆孔；5-3、圆盘旋转中心；5-4、开孔圆盘；5-5、连杆；5-6、反射式斩光器驱动电机；5-7、反射式斩光器基座。
具体实施方式
实施例1
如图1和图3所示，一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，至少包括：入射待测激光器1、控制激光器2、吸能介质3-1、采样装置11、成像透镜6、CCD快速相机7、光学平移台8、光电倍增管9、图像采集及控制系统10；入射待测激光器1通过采样装置11的入射待测激光路经成像透镜6到CCD快速相机7，控制激光器2通过采样装置11的控制激光器光路经光电倍增管9到图像采集及控制系统10；采样装置是一个随时间开闭的光开关，随着其开闭，入射待测激光器1输出光被截断为一束长脉冲激光进入CCD快速相机7；所述的控制激光器2、光电倍增管9、图像采集及控制系统10用于提供CCD快速相机7快门控制信号，也就是CCD快速相机7的开闭信号，CCD快速相机7获取开启时，CCD快速相机7的快门打开。
在控制激光器2的光路上和透射式斩光器4的后方放置有光电倍增管9；图像采集及控制系统10分别连接和CCD快速相机7和光电倍增管9；入射待测激光器1和透射式斩光器4一侧放置有吸能介质3。CCD快速相机7固定在光学平移台8上。
如图3所示，采样装置11是沿着入射待测激光器1的光路和控制激光器2的光路方向放置的透射式斩光器4，透射式斩光器4包括前置透射式斩光器401和后置透射式斩光器402，前置透射式斩光器401和后置透射式斩光器402平行布置，前置透射式斩光器401和后置透射式斩光器402与入射待测激光器1的入射光光路方向形成大于90度的夹角；前置透射式斩光器401和后置透射式斩光器402分别包括：待测光通光圆孔4-1、控制光通光圆孔4-2、圆盘镜旋转中心4-3、开孔圆盘反射镜4-4、驱动电机机构4-5、基座4-6；待测光通光圆孔4-1、控制光通光圆孔4-2及圆盘镜旋转中心4-3在开孔圆盘反射镜4-4的水平线上，开孔圆盘反射镜4-4通过驱动电机机构4-5固定在基座4-6上；所述的透射式斩光器4有两个，沿着两个激光器的光路方向一前一后放置。
前置透射式斩光器401和后置透射式斩光器402有同样的结构。
一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量方法，其特征是：系统中的驱动电机机构4-5用于驱动开孔圆盘反射镜4-4旋转，当入射待测激光1入射到前置透射式斩光器401时，由于开孔圆盘反射镜4-4在旋转，只有当待测光通光圆孔4-1旋转到入射待测激光1的光路上时，才有激光透过；同时入射待测激光1通过待测光通光圆孔4-1将对待测激光形成全透过、部分透过和全反射三种情况；由于待测光通光圆孔4-1的旋转，把连续的光变成长脉冲序列、脉冲间隔和脉冲宽度，长脉冲序列、脉冲间隔和脉冲宽度的参数由透射式斩光器4的转速决定，脉冲形状和输出到后续光学系统的光能量即脉冲激光平均功率由入射待测激光1的光斑扫过的开孔圆盘反射镜4-4面积和其扫过的测光通光圆孔4-1面积的比决定。
入射待测激光1穿过前置透射式斩光器401后，在入射到后置透射式斩光器402上，后置透射式斩光器402再对入射待测激光1作进一步的拦截，只有当两个透射式斩光器4的通光孔在脉冲光传播方向完全重合时，才能输出质量最佳的脉冲；两次输出最佳脉冲的间隔即采样间隔。
后置透射式斩光器402的转速与前置透射式斩光器401旋转方向相反，后置透射式斩光器402的转速与前置透射式斩光器401转速转速比优选的是与前置透射式斩光器401前后待测光功率比相同，使得采样效率最大化。
透射式斩光器4圆盘旋转兼顾散热功能，被反射出的光能量通过吸能介质或外部设备3-2进行利用。
所述的控制激光器2为与入射待测激光器1发出的激光频率不同的一个低功率激光器。
当入射待测激光器1发出的光完全透过待测光通光圆孔4-1时，控制激光器2发出的光完全透过控制光通光圆孔4-2。
所述的待测光通光圆孔4-1孔径是入射待测激光器1发出的激光光斑的1.2倍，控制光通光圆孔4-2孔径保证入射待测激光完全通过待测光通光圆孔4-1时向光电倍增管9输出一个快门控制信号。
所述的成像透镜6的中心位于待测激光器1的光路上，焦点位于CCD快速相机7的像平面上。
所述的CCD快速相机7在光学平移台8上前后移动，并且CCD快速相机7的感光面在透镜的焦点；CCD快速相机收到快门控制装置的信号后，打开快门进行短曝光成像，获得该高能强激光的测量图像；CCD快速相机7的输出端连接图像采集及控制系统10，实时将获取的图像传输到图像采集及控制系统10上进行图像数据处理。
所述的光电倍增管9接收端位于控制激光器2发射的控制激光的光路上，当控制激光器2发出的光透过透射式斩光器4后，两个透射式斩光器4圆盘上开有控制光通光孔4-2，当且仅当两个控制光通光孔4-2在同一条直线上且在控制激光光路上时，控制激光通过透射式斩光器4入射到光电倍增管9探头上，光电倍增管9检测到控制激光的光能量，向控制系统发射电信号驱动CCD快速相机7快门打开。
通过采样系统的待测激光通过成像透镜6在其焦平面上成像，由光学平移台8控制CCD快速相机7在成像透镜6焦平面附近采集所需的光斑图像信息。
为了采集入射待测激光器1的连续激光完整信息，同时避免CCD快速相机7过饱和现象产生，当收到快门打开信号时，进入快门打开延时和成像时间，入射CCD快速相机7的光能量和采样频率及成像时间有关，控制这些参数可以在不引入衰减介质的情况下尽可能的降低入射CCD快速相机7的脉冲激光平均功率，只在脉冲峰值功率高过CCD承受极限时需要引入衰减光学元件。
所述的CCD快速相机7采集超短时间高能激光完整光斑信息进行光束质量因子的测量。
实施例2
实施例2和实施例1不同之处在于实施例2的透射系统是由透射式斩光器和反射式斩光器组成。
如图2和图4所示，一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，至少包括：入射待测激光器1、控制激光器2、外部设备3-2-2、采样装置11、成像透镜6、CCD快速相机7、光学平移台8、光电倍增管9、图像采集及控制系统10；其中采样装置11包括：透射式斩光器4和反射式斩光器5，所述的入射待测激光器1的光路和控制激光器2的出射光路相互垂直。以控制激光器2为基准，从左到右依次放置反射式斩光器5、透射式斩光器4、光电倍增管9、图像采集及控制系统10；反射式斩光器5控制光通光圆孔圆心在控制激光器2的光路上，透射式斩光器4和反射式斩光器5的圆盘表面与控制激光器2夹角均为45°，待测激光器1光路经过待测光低反高透反射镜5-1反射后与原传播方向夹角为90°，与控制激光器2发射的控制激光的光路平行；透射式斩光器4圆盘表面与反射式斩光器5平行，待测光通光圆孔4-1的圆心在待测激光器1的光路上，控制光通光圆孔4-2在控制激光器2的光路上。在入射待测激光器1的光路上和透射式斩光器4的后方依次放置有成像透镜6、CCD快速相机7，CCD快速相机7的底部有光学平移台8；图像采集及控制系统10分别连接和CCD快速相机7和光电倍增管9；入射待测激光器1和透射式斩光器4一侧放置有外部设备3-2。
如图4所示，反射式斩光器5至少包括：待测光低反高透反射镜5-1、反射式斩光器控制光通光圆孔5-2、圆盘旋转中心5-3、开孔圆盘5-4、连杆5-5、反射式斩光器驱动电机5-6、反射式斩光器基座5-7；反射式斩光器5上的反射式斩光器基座5-7上固定连接反射式斩光器驱动电机5-6，反射式斩光器驱动电机5-6另一端固定开孔圆盘5-4；圆盘旋转中心5-3在开孔圆盘5-4中心，反射式斩光器控制光通光圆孔5-2在开孔圆盘5-4中心一侧，待测光低反高透反射镜5-1通过连杆5-5连接待测光低反高透反射镜5-1，使待测光低反高透反射镜5-1和反射式斩光器控制光通光圆孔5-2分置在圆盘旋转中心5-3两侧；待测光低反高透反射镜5-1和反射式斩光器控制光通光圆孔5-2和圆盘旋转中心5-3三者位于同一条直线上。
如图3所示，所述透射式斩光器4至少包括：待测光通光圆孔4-1、控制光通光圆孔4-2、圆盘镜旋转中心4-3、开孔圆盘反射镜4-4、驱动电机机构4-5、基座4-6；待测光通光圆孔4-1、控制光通光圆孔4-2及圆盘镜旋转中心4-3在开孔圆盘反射镜4-4的水平线上，开孔圆盘反射镜4-4通过驱动电机机构4-5固定在基座4-6上；所述的驱动电机机构4-5驱动开孔圆盘反射镜4-4旋转，当入射待测激光1入射到前置透射式斩光器401时，由于开孔圆盘反射镜4-4在旋转，只有当待测光通光圆孔4-1旋转到入射待测激光1的光路上时，才有激光透过；同时入射待测激光1通过待测光通光圆孔4-1将对待测激光形成全透过、部分透过和全反射三种情况。
所述的入射待测激光器1发出的激光入射到反射式斩光器5，反射式斩光器驱动电机5-6驱动斩光器开孔圆盘5-4旋转，根据入射光入射到待测光低反高透反射镜5-1上的时间，分为完全入射、部分入射和遮挡三种情况，当开孔圆盘5-4上的待测光低反高透反射镜5-1旋转到接触入射待测激光器1发出的激光时，将这一部分激光反射到透射式斩光器4上，形状是长脉冲序列，驱动电机机构4-5驱动开孔圆盘反射镜4-4旋转，当开孔圆盘反射镜4-4上的待测光通光圆孔4-1旋转接触由待测光低反高透反射镜5-1所反射来的光时，再将这一部分光透射到成像透镜6，成像透镜6将光聚焦到CCD快速相机7上。
所述的控制激光器2发出的激光入射到反射式斩光器5，当开孔圆盘5-4上的待测光低反高透反射镜5-1旋转到接触入射待测激光器1发出的激光时，控制激光器2发出的激光也接触到控制光通光圆孔5-2，并将激光透过；当开孔圆盘反射镜4-4上的待测光通光圆孔4-1旋转接触由待测光低反高透反射镜5-1所反射来的光时，从控制光通光圆孔5-2同时透过控制光通光圆孔4-2，照射到光电倍增管9上。
所述的透射式斩光器4的转速与反射式斩光器5转速不同且方向相反，两者转速比与反射式斩光器5前后待测光功率比乘以反射率所得数值相同，使得采样效率最大化。
所述的透射式斩光器4和反射式斩光器5圆盘旋转兼顾散热功能，通过透射式斩光器4和反射式斩光器5的光能量通过外部设备3-2进行利用。
所述的控制激光器2为与入射待测激光器1发出的激光频率不同的一个低功率激光器。
所述的透射式斩光器4和反射式斩光器5两个斩光器圆盘上开有控制光通光孔，当且仅当控制光通光圆孔4-2和控制光通光圆孔5-2在同一条直线上且在控制激光器2的光路上时，控制激光器2发射的激光通过斩光器系统入射到光电倍增管9探头上。光电倍增管9检测到控制激光的光能量，向控制系统发射电信号驱动CCD快速相机7的快门打开。
所述的入射待测激光器1发射的激光通过成像透镜6，在其焦平面上成像，由光学平移台8控制CCD快速相机7在成像透镜6焦平面附近采集所需的光斑图像信息。
为了采集连续激光的完整信息，同时避免CCD快速相机7过饱和现象产生，根据出射光脉冲的形状，需要设计收到快门打开信号时，快门打开延时和成像时间，入射CCD相机的光能量和采样频率及成像时间有关，控制这些参数可以在不引入衰减介质的情况下尽可能的降低入射CCD的脉冲激光平均功率，只在脉冲峰值功率高过CCD承受极限时需要引入衰减光学元件。
CCD采集超短时间高能激光完整光斑信息，输出光斑图像即可进行光束质量因子的测量。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (12)
1.一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，至少包括：入射待测激光器(1)、控制激光器(2)、吸能介质（3）、采样装置（11）、成像透镜（6）、CCD快速相机（7）、光学平移台（8）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）；入射待测激光器（1）通过采样装置（11）的入射待测激光路经成像透镜（6）到CCD快速相机（7），控制激光器（2）通过采样装置（11）的控制激光器光路经光电倍增管（9）到图像采集及控制系统（10）；采样装置是一个随时间开闭的光开关，随着其开闭，入射待测激光器（1）输出光被截断为一束长脉冲激光进入CCD快速相机（7）；所述的控制激光器（2）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）用于提供CCD快速相机（7）快门控制信号，也就是CCD快速相机（7）的开闭信号，CCD快速相机（7）获取开启时，CCD快速相机（7）的快门打开；图像采集及控制系统（10）分别连接和CCD快速相机（7）和光电倍增管（9）；入射待测激光器（1）和透射式斩光器（4）一侧放置有吸能介质（3），CCD快速相机（7）固定在光学平移台（8）上；所述的成像透镜（6）的中心位于入射待测激光器(1)的光路上，焦点位于CCD快速相机（7）的像平面上。
2.根据权利要求1所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的采样装置（11）是沿着入射待测激光器（1）的光路和控制激光器（2）的光路方向放置的透射式斩光器（4），透射式斩光器（4）包括前置透射式斩光器和后置透射式斩光器，前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）平行布置，前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）与入射待测激光器（1）的入射光光路方向形成大于90度的夹角；前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）分别包括：待测光通光圆孔（4-1）、控制光通光圆孔（4-2）、圆盘镜旋转中心（4-3）、开孔圆盘反射镜（4-4）、驱动电机机构（4-5）、基座（4-6）；待测光通光圆孔（4-1）、控制光通光圆孔（4-2）及圆盘镜旋转中心（4-3）在开孔圆盘反射镜（4-4）的水平线上，开孔圆盘反射镜（4-4）通过驱动电机机构（4-5）固定在基座（4-6）上；所述的透射式斩光器（4）有两个，沿着两个激光器的光路方向一前一后放置。
3.根据权利要求2所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的前置透射式斩光器（401）和后置透射式斩光器（402）有同样的结构。
4.根据权利要求2所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的驱动电机机构（4-5）用于驱动开孔圆盘反射镜（4-4）旋转，当入射待测激光（1）入射到前置透射式斩光器（401）时，由于开孔圆盘反射镜（4-4）在旋转，只有当待测光通光圆孔（4-1）旋转到入射待测激光1的光路上时，才有激光透过；同时入射待测激光（1）通过待测光通光圆孔（4-1）将对待测激光形成全透过、部分透过和全反射三种情况；由于待测光通光圆孔（4-1）的旋转，把连续的光变成长脉冲序列、脉冲间隔和脉冲宽度，长脉冲序列、脉冲间隔和脉冲宽度的参数由透射式斩光器（4）的转速决定，脉冲形状和输出到后续光学系统的光能量即脉冲激光平均功率由入射待测激光（1）的光斑扫过的开孔圆盘反射镜（4-4）面积和其扫过的测光通光圆孔（4-1）面积的比决定。
5.根据权利要求1所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的入射待测激光（1）穿过前置透射式斩光器（401）后，在入射到后置透射式斩光器（402）上，后置透射式斩光器（402）再对入射待测激光（1）作进一步的拦截，只有当两个透射式斩光器（4）的通光孔在脉冲光传播方向完全重合时，才能输出质量最佳的脉冲；两次输出最佳脉冲的间隔即采样间隔；所述的后置透射式斩光器（402）的转速与前置透射式斩光器（401）旋转方向相反，后置透射式斩光器（402）的转速与前置透射式斩光器（401）转速转速比优选的是与前置透射式斩光器（401）前后待测光功率比相同。
6.根据权利要求1所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的控制激光器（2）是与入射待测激光器（1）发出的激光频率不同的激光器。
7.根据权利要求1所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，入射待测激光器（1）当发出的光完全透过待测光通光圆孔（4-1）时，控制激光器（2）发出的光完全透过控制光通光圆孔（4-2）；所述的待测光通光圆孔（4-1）孔径是入射待测激光器（1）发出的激光光斑的1.2倍，控制光通光圆孔（4-2）孔径保证入射待测激光完全通过待测光通光圆孔（4-1）时向光电倍增管（9）输出一个快门控制信号；所述的光电倍增管（9）接收端位于控制激光器（2）发射的控制激光的光路上，当控制激光器（2）发出的光透过透射式斩光器（4）后，两个透射式斩光器（4）圆盘上开有控制光通光孔（4-2），当且仅当两个控制光通光孔（4-2）在同一条直线上且在控制激光光路上时，控制激光通过透射式斩光器（4）入射到光电倍增管（9）探头上，光电倍增管（9）检测到控制激光的光能量，向控制系统发射电信号驱动CCD快速相机（7）快门打开。
8.根据权利要求1所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的采样装置（11）包括：透射式斩光器（4）和反射式斩光器（5），所述的入射待测激光器（1）的光路和控制激光器（2）的出射光路相互垂直；以控制激光器（2）为基准，从左到右依次放置反射式斩光器（5）、透射式斩光器（4）、光电倍增管（9）、图像采集及控制系统（10）；反射式斩光器（5）控制光通光圆孔圆心在控制激光器（2）的光路上，透射式斩光器（4）和反射式斩光器（5）的圆盘表面与控制激光器（2）夹角均为45°，待测激光器（1）光路经过待测光低反高透反射镜（5-1）反射后与原传播方向夹角为90°，与控制激光器（2）发射的控制激光的光路平行；透射式斩光器（4）圆盘表面与反射式斩光器（5）平行，待测光通光圆孔（4-1）的圆心在待测激光器（1）的光路上，控制光通光圆孔（4-2）在控制激光器（2）的光路上；在入射待测激光器（1）的光路上和透射式斩光器（4）的后方依次放置有成像透镜（6）、CCD快速相机（7），CCD快速相机（7）的底部有光学平移台（8）；图像采集及控制系统（10）分别连接和CCD快速相机（7）和光电倍增管（9）；入射待测激光器（1）和透射式斩光器（4）一侧放置有外部设备（3-2）；所述的透射式斩光器（4）和反射式斩光器（5）两个斩光器圆盘上开有控制光通光圆孔，当且仅当控制光通光圆孔（4-2）和反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）在同一条直线上且在控制激光器（2）的光路上时，控制激光器（2）发射的激光通过斩光器系统入射到光电倍增管（9）探头上；光电倍增管（9）检测到控制激光的光能量，向控制系统发射电信号驱动CCD快速相机（7）的快门打开。
9.根据权利要求8所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，反射式斩光器（5）至少包括：待测光低反高透反射镜（5-1）、反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）、圆盘旋转中心（5-3）、开孔圆盘（5-4）、连杆（5-5）、反射式斩光器驱动电机（5-6）、反射式斩光器基座（5-7）；反射式斩光器（5）上的反射式斩光器基座（5-7）上固定连接反射式斩光器驱动电机（5-6），反射式斩光器驱动电机（5-6）另一端固定开孔圆盘（5-4）；圆盘旋转中心（5-3）在开孔圆盘（5-4）中心，反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）在开孔圆盘（5-4）中心一侧，待测光低反高透反射镜（5-1）通过连杆（5-5）连接待测光低反高透反射镜（5-1），使待测光低反高透反射镜（5-1）和反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）分置在圆盘旋转中心（5-3）两侧；待测光低反高透反射镜（5-1）和反射式斩光器控制光通光圆孔（5-2）和圆盘旋转中心（5-3）三者位于同一条直线上。
10.根据权利要求8所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的入射待测激光器（1）发出的激光入射到反射式斩光器（5），反射式斩光器驱动电机（5-6）驱动斩光器开孔圆盘（5-4）旋转，根据入射光入射到待测光低反高透反射镜（5-1）上的时间，分为完全入射、部分入射和遮挡三种情况，当开孔圆盘（5-4）上的待测光低反高透反射镜（5-1）旋转到接触入射待测激光器（1）发出的激光时，将这一部分激光反射到透射式斩光器（4）上，形状是长脉冲序列，驱动电机机构（4-5）驱动开孔圆盘反射镜（4-4）旋转，当开孔圆盘反射镜（4-4）上的待测光通光圆孔（4-1）旋转接触由待测光低反高透反射镜（5-1）所反射来的光时，再将这一部分光透射到成像透镜（6），成像透镜（6）将光聚焦到CCD快速相机（7）上。
11.根据权利要求8所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的控制激光器（2）发出的激光入射到反射式斩光器（5），当开孔圆盘（5-4）上的待测光低反高透反射镜（5-1）旋转到接触入射待测激光器（1）发出的激光时，控制激光器（2)发出的激光也接触到反射式斩光器控制光通光圆孔(5-2)，并将激光透过；当开孔圆盘反射镜(4-4)上的待测光通光圆孔(4-1)旋转接触由待测光低反高透反射镜(5-1)所反射来的光时，从反射式斩光器控制光通光圆孔(5-2)同时透过控制光通光圆孔(4-2)，照射到光电倍增管(9)上。
12.根据权利要求8所述的一种高能强连续激光光束质量因子的采样测量系统，其特征是，所述的透射式斩光器(4)的转速与反射式斩光器(5)转速不同且方向相反，两者转速比与反射式斩光器(5)前后待测光功率比乘以反射率所得数值相同。
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