CN112097900B - 一种高能激光光束质量测试方法及测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高能激光光束质量测试方法及测试系统，所述测试方法包括：在用于对激光光束进行分光的衍射分光元件的背面设置冷却模块，冷却模块采用包括微通道热沉、半导体制冷器导热和直接液冷中的一种或者多种方式进行冷却散热；激光入射光与衍射分光元件之间形成一定的入射角度，入射到衍射分光元件的迎光面，得到镜面反射光和一级衍射光；采用功率计测量所述一级衍射光的功率，以及采用光束质量分析仪测量所述镜面反射光的光束质量，进而得到高能激光器的光束质量。本发明的优点在于通过在衍射分光元件背面设置冷却模块，能够有效控制衍射分光元件的温升，降低膜系和基底的热效应，极大地提高了激光光束质量测量以及能量测量的置信度。
Description
技术领域
本发明涉及激光测试领域，尤其涉及一种高能激光光束质量测试方法及测试系统。
背景技术
高功率高能激光器在国防、工业、科研等领域具有广泛的应用，准确获得高能激光
的光学参数对实际应用具有重要意义，而光学参数中的激光光束质量是评价激光器的一个
重要指标。CCD是测量该光学参数的核心器件，但是由于CCD的损失阈值较低。一般在
量级，因而，高能激光参数测量时必须对主激光进行分光，衰减主激光能量，实现对弱光参
数的测量以表征高能激光的性能。
现有的高能激光分光方法主要是采用薄膜分光，即采用镀有低反膜的楔板，通过膜系分光实现激光能量的衰减；如图1所示，入射光入射到楔板迎光面反射，镜面的一次反射光的能量大幅降低，一次透射光占主要能量，一次透射光穿过楔板后在楔板第二面再次发生反射和透射，得到二次透射光和二次反射光，这时二次透射光占主要能量，二次反射光和三次透射光的能量与镜面反射光的能量相当；对镜面反射光再次进行分光后，就可以对分光光束进行测量进而实现对光学参数的测量。
但是，楔板除了通过光面膜系吸收激光能量之外，同时楔板的基底也在吸收激光能量，尤其是在长时间的工作下，如果该结构没有冷却措施楔板的温度将持续升高；楔板的温度升高将导致膜系透过率下降，使得测量的能量值误差变大，另外，楔板温度升到也将导致基底发生热形变，这将在反射光的波前上附加一个不规则的相位，严重降低光束质量的置信度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高能激光光束质量测试方法及测试系统，解决现有通过楔板进行激光光束质量测量存在的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种高能激光光束质量测试方法，所述测试方法包括：
在用于对激光光束进行分光的衍射分光元件的背面设置冷却模块，冷却模块采用包括微通道热沉、半导体制冷器导热和直接液冷中的一种或者多种方式进行冷却散热；
激光入射光与所述衍射分光元件之间形成一定入射角度，入射到所述衍射分光元件的迎光面，得到镜面反射光和一级衍射光；
采用功率计测量一级衍射光的功率，以及采用光束质量分析仪测量镜面反射光的光束质量，进而得到高能激光器的光束质量。
进一步地，所述激光入射光与所述衍射分光元件之间形成的一定入射角度的角度为30°~60°。
进一步地，所述激光入射光与所述衍射分光元件之间形成的一定入射角度的角度为40°。
进一步地，所述冷却模块设置在所述衍射分光元件的背面，用来对衍射分光元件镀在反射面上的膜系和基底进行冷却散热，以控制衍射分光元件的温升，降低衍射分光元件的热效应。
进一步地，衍射分光元件采用包括高热导率材料制成的分光元件，以提高衍射分光元件的传热能力。
一种高能激光光束质量测试系统，它包括衍射分光元件、高能激光器、功率计和光束质量分析仪；
所述高能激光器用于发射激光并以一定入射角度入射到所述衍射分光元件上；
所述衍射分光元件用于对所述高能激光器发射的激光进行反射和衍射，得到镜面反射光和一级衍射光；且在所述衍射分光元件的背面设置有冷却模块，用来控制衍射分光元件的温升，降低衍射分光元件的热效应；
所述功率计用于测量所述一级衍射光的功率大小；所述光束质量分析仪用来测量所述镜面反射光的光束质量，进而得到所述高能激光器的光束质量。
进一步地，所述一定入射角度入射到所述衍射分光元件上的入射角度为30°~60°。
进一步地，所述一定入射角度入射到所述衍射分光元件上的入射角度为40°。
本发明具有以下优点：一种高能激光光束质量测试方法及测试系统，通过在衍射分光元件背面设置冷却模块，能够有效控制衍射分光元件的温升，降低膜系和基底的热效应，极大地提高了激光光束质量测量以及能量测量的置信度。
附图说明
图1 为现有通过楔板测量光束质量的示意图；
图2 为本发明测量光束质量的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图2所示，本发明的一种实施例涉及一种高能激光光束质量测试方法，其包括以下内容：
高能激光器发射的入射光通过衍射分光元件迎光面实现分光，一路为镜面反射光（弱光）即一次反射光，一路为一级衍射光（强光）。衍射分光元件的背面设置有冷却模块，实现对衍射分光元件的散热，能够有效控制衍射分光元件的温升，大幅降低衍射元件的热效应。利用功率计可直接测量一级衍射光的能量，获得高能激光的能量。通过光束质量分析仪对镜面反射的一次反射光的光束质量进行测量，可以获得高能激光的光束质量。
进一步地，为保证衍射分光元件对激光入射光束强度的衰减度，激光的入射光与所述衍射分光元件的入射角度为30°~60°。
优选地，激光的入射光与所述衍射分光元件的入射角度为40°。
进一步地，所述冷却模块设置在所述衍射分光元件的背面上，用来对衍射分光元件镀在反射面上的膜系和基底进行冷却散热，以控制衍射分光元件的温升，降低衍射分光元件的热效应。
其中，衍射分光元件采用包括高热导率材料制成的分光元件，例如蓝宝石或碳化硅材料以提高衍射分光元件的传热能力。
本发明的另一种实施例涉及一种高能激光光束质量测试系统，它包括衍射分光元件、高能激光器、功率计和光束质量分析仪；
所述高能激光器用于发射激光并以一定的入射角度入射到所述衍射分光元件上；
所述衍射分光元件用于对所述高能激光器发射的入射光进行反射和衍射，得到镜面反射的一级发射光和一级衍射光；且在所述衍射分光元件的背面设置有冷却模块，用来控制衍射分光元件的温升，降低衍射分光元件的热效应；
所述功率计用于测量所述一级衍射光的功率大小；所述光束质量分析仪用来测量所述镜面反射的一次反射光的光束质量，进而得到高能激光器的光束质量。
进一步地，在本实施例中为保证衍射分光元件对激光的入射光光束强度的衰减度，激光的入射光与所述衍射分光元件的入射角度为30°~60°。
优选地，激光的入射光与所述衍射分光元件的入射角度为40°。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高能激光光束质量测试方法，其特征在于：所述测试方法包括：
在用于对激光光束进行分光的衍射分光元件的背面设置冷却模块，冷却模块采用包括微通道热沉、半导体制冷器导热和直接液冷中的一种或者多种方式进行冷却散热；
激光入射光与所述衍射分光元件之间形成一定的入射角度，入射到所述衍射分光元件的迎光面，得到镜面反射光和一级衍射光；
采用功率计测量所述一级衍射光的功率，以及采用光束质量分析仪测量所述镜面反射光的光束质量，进而得到高能激光器的光束质量。
2.根据权利要求1所述的一种高能激光光束质量测试方法，其特征在于：所述激光入射光与所述衍射分光元件之间形成的入射角度为30°~60°。
3.根据权利要求2所述的一种高能激光光束质量测试方法，其特征在于：所述激光入射光与所述衍射分光元件之间形成的入射角度为40°。
4.根据权利要求1所述的一种高能激光光束质量测试方法，其特征在于：所述冷却模块设置在所述衍射分光元件的背面，用来对衍射分光元件镀在反射面上的膜系和基底进行冷却散热，以控制衍射分光元件的温升，降低衍射分光元件的热效应。
5.根据权利要求1所述的一种高能激光光束质量测试方法，其特征在于：衍射分光元件采用包括高热导率材料制成的分光元件，以提高衍射分光元件的传热能力。
6.一种高能激光光束质量测试系统，其特征在于：它包括衍射分光元件、高能激光器、功率计和光束质量分析仪；
所述高能激光器用于发射激光并以一定入射角度入射到所述衍射分光元件上；
所述衍射分光元件用于对所述高能激光器发射的激光进行反射和衍射，得到镜面反射光和一级衍射光；且在所述衍射分光元件的背面设置有冷却模块，用来控制衍射分光元件的温升，降低衍射分光元件的热效应；
所述功率计用于测量所述一级衍射光的功率大小；所述光束质量分析仪用来测量所述镜面反射光的光束质量，进而得到所述高能激光器的光束质量。
7.根据权利要求6所述的一种高能激光光束质量测试系统，其特征在于：所述一定入射角度入射到所述衍射分光元件上的入射角度为30°~60°。
8.根据权利要求7所述的一种高能激光光束质量测试系统，其特征在于：所述一定入射角度入射到所述衍射分光元件上的入射角度为40°。
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