CN113551878A - 一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光光束质量测量和光纤传光的技术领域，尤其涉及一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，包括依次设置的稀疏排布孔板、光纤阵列组件、紧密排布孔板、光学镜片组件、CCD相机。本发明通过由疏到密分布的光纤阵列将大面积光斑整体等比缩小，使用CCD相机直接拍摄缩小后的光斑，从而消除CCD相机拍摄畸变的影响，增大系统可精准测量的光斑面积。
Description
技术领域
本发明属于激光光束质量测量和光纤传光的技术领域，尤其涉及一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置。
背景技术
激光光束质量测量技术是激光加工、激光系统性能评价等多领域的研究基础和工具，具有重要的研究意义。由于CCD相机具有小型轻量、成品商业化、拍摄高清的优势，已成为激光光束质量测量装置中十分常用的横截光斑获取工具。但当拍摄大面积光斑时，为扩大视场角而采用的短焦镜头会导致严重的桶形畸变，并且由于拍摄光斑多呈圆形或不规则形状，这一畸变的精确矫正难度较高。因此使用CCD相机的系统在测量大面积光斑时，往往难以保证光斑强度分布测量的精准度及质量评价参数计算的可靠性，严重限制了系统应用场景。另外，如何高分辨率地拍摄光斑及如何高精准地测量大角度斜入射光束，也一直是激光光束测量装置的重要优化方向。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，为此，本发明提出了一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，具体发明如下：
一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，包括依次设置的稀疏排布孔板、光纤阵列组件、紧密排布孔板、光学镜片组件、CCD相机。
具体地说，还包括壳体，所述壳体的两端分别通过稀疏排布孔板和后盖板密封。
具体地说，所述稀疏排布孔板为金属板，所述稀疏排布孔板的迎光端面上镀有高反射率膜层，且其上的孔数等于光纤阵列组件中的光纤单元数，孔径可容纳光纤端头，相邻孔的间距满足：
其中：η为光斑缩小倍率，D为系统取样分辨力，表示可检出的最小单位，在此为两相邻单元的中心间隔距离，d为光斑缩小后的取样分辨力。
具体地说，所述光纤阵列组件包括连接在稀疏排布孔板和紧密排布孔板中间的光纤阵列、将光纤阵列固定在壳体内的光纤加持单元。
具体地说，所述光纤加持单元包括光纤加持件和将对应段的光纤阵列固定在对应光纤加持件上的扎带，所述光纤阵列为J型布置，所述光学镜片组件和CCD相机位于J型布置的短边直线上。
具体地说，所述光纤阵列组件中的光纤为柔性长光纤，柔性长光纤的N.A.取值范围为0.1～0.9，芯径比的取值范围为0.1～5mm，光纤材料使用高透射率石英。
具体地说，与稀疏排布孔板相接的光纤端头为带有金属尾柄的陶瓷插芯结构，与紧密排布孔板相接的光纤端头为只余纤芯加包层的裸端头，除两端端头外其余部分的裸光纤外包有涂覆层及皮套。
具体地说，所述紧密排布孔板为石英板。
具体地说，所述紧密排布孔板上的第二安装孔与光纤阵列组件中的光纤单元一一对应，孔径可容纳光纤裸端头，孔位与光纤裸端头采用熔融方式连接，孔间距等于光斑缩小后的分辨率d。
具体地说，所述光学镜片组件包括依次设置的滤光片和衰减片。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过由疏到密分布的光纤阵列将大面积光斑整体等比缩小，使用CCD相机直接拍摄缩小后的光斑，从而消除CCD相机拍摄畸变的影响，增大系统可精准测量的光斑面积。
(2)本发明通过迎光端面板上阵列孔及所嵌光纤的合理排布，实现在激光测量领域中的高分辨率取样。
(3)本发明通过光纤传光的全反射原理，使大角度斜入射光束也可以在光纤中低损传输，大幅降低斜入射光束的取样损耗和传输损耗，提高测量设备的角度宽容性。
(4)由于采用的光纤为全玻石英光纤，较普通的镀膜取样方式，其在典型的500nm-2500nm光谱范围内具有较稳定的透过率特性，可提高测量设备的宽光谱兼容性。
(5)本发明用于多类光束的横截光斑强度分布测量及质量评价参数计算。
附图说明
图1为装置内部结构图；
图2为稀疏排布孔板示意图；
图3为紧密排布孔板示意图。
图中：
1、稀疏排布孔板；10、第一安装孔；11、高反射率膜层；12、光纤端头加持件；21、光纤阵列；22、光纤加持件；23、扎带；3、紧密排布孔板；30、第二安装孔；41、滤光片；42、衰减片；5、CCD相机；51、相机镜头；52、相机加持件；53、网线；54、电源线；55、网络接口；56、电源接口；6、壳体。
具体实施方式
如图1-3所示，一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，包括壳体，设置在壳体上且按光路依次设置的稀疏排布孔板1、光纤阵列组件、紧密排布孔板3、光学镜片组件、CCD相机5。所述壳体的两端分别通过稀疏排布孔板1和后盖板密封，所述后盖板上外端面上设置有与CCD相机5分别通过网线53和电源线54对应连接的网络接口55和电源接口56，为CCD相机5传输数据提供硬件支撑。为了更方便维修，所述壳体还包括与稀疏排布板和后盖板垂直的顶盖板，这样方便各部件的维修和安装，整个壳体安装完成后为密封状态，防止外部光干扰以及灰尘污染光学镜面。
所述稀疏排布孔板1为金属板，所述稀疏排布孔板1的迎光端面上镀有高反射率膜层11，稀疏排布孔板1通过螺丝固定在壳体上。以镀有高反射率膜层11的稀疏排布孔板1作为强光防护面板，可以横截接收高功率光束。
稀疏排布孔板1上第一安装孔10的孔数等于光纤阵列组件中的光纤单元数，孔径可容纳光纤端头，且留有间隙配合的余量，约在百微米量级；第一安装孔10与光纤通过光纤端头加持件12连接固定，相邻孔的间距满足：
其中：η为光斑缩小倍率，可根据使用场景设定，常用取值范围为5～100；D为系统取样分辨力，表示可检出的最小单位，在此为两相邻单元的中心间隔距离，是分辨率的决定性因素，分辨力越小意味着分辨率越高，分辨力常用取值范围为1～10mm；d为光斑缩小后的取样分辨力，常用取值范围为0.01～1mm。
所述紧密排布孔板3为石英板，所述紧密排布孔板3上的第二安装孔30与光纤阵列组件中的光纤单元一一对应，孔径可容纳光纤裸端头，第二安装孔30的孔位与光纤裸端头采用熔融方式连接，孔间距等于光斑缩小后的分辨率d，满足公式(1)。
所述光纤阵列组件包括连接在稀疏排布孔板1和紧密排布孔板3中间的光纤阵列21、将光纤阵列21固定在壳体内的光纤加持单元。具体地说，所述光纤加持单元包括光纤加持件22和将对应段的光纤阵列21固定在对应光纤加持件22上的扎带23，所述光纤阵列21为J型布置，所述光学镜片组件和CCD相机5位于J型布置的短边直线上，J型布置可以加大系统集成度，从而降低装置的空间。
所述光纤阵列组件中的光纤为柔性长光纤，柔性长光纤的孔径N.A.为满足公式(2)，取值范围为0.1～0.9。
N.A.＝sinθ (2)
为了满足测量系统的占空比，芯径比的取值范围为0.1～5mm，光纤材料使用高透射率石英，以可耐高热和低吸收率的石英光纤作为传光单元，可以取样和传输高功率光斑，可以满足低损传输的要求。本发明使用大N.A.光纤，允许大角度入射光束在取样后进行低畸变传输，装置可以测量大角度入射光束质量。
光纤与稀疏排布孔板1相接的光纤端头为带有金属尾柄的陶瓷插芯结构，与紧密排布孔板3相接的光纤端头为只余纤芯加包层的裸端头，除两端端头外其余部分的裸光纤外包有涂覆层及皮套，可以防止光泄露及保护光纤。
所述光纤中光束的横截光斑最大直径Dm和系统取样分辨力D以设计单元行(列)数s，两者满足式(3)：
D*(s-1)>Dm (3)
本发明可以根据光束横截光斑面积定制紧密排布孔板3，对于大面积光斑也可以进行缩束及低畸变拍摄光斑，从而进行高精准光束质量测量。
所述光学镜片组件包括依次设置的滤光片41和衰减片42。所述滤光片41根据所测光束使用相应波长的滤光片41，防止环境光干扰。所述衰减片42根据光束功率和CCD相机5响应阈值使用一定倍率的衰减片42，不仅可以防止损伤CCD相机5，还可以衰减成像端的高功率光斑，在CCD相机5响应阈值内获取光斑并进行后续质量评价参数计算。
所述CCD相机5使用高性能科学级CCD相机5，同时配设适宜焦距的相机镜头51，另外滤光片41、衰减片42通过相机加持件52与相机镜头51相接，相机镜头51与CCD相机5通过螺纹相接。
综上，本发明的取样分辨力可达1mm，可以捕捉光斑中的微小起伏，更精准地测量光束质量信息；并且集成度高，小型轻量，可以搭载于各类工作平台，另外，本发明的制作工艺成熟，零件易得，兼具较高的科研意义和商业价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，根据本发明的技术发明及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，包括依次设置的稀疏排布孔板(1)、光纤阵列组件、紧密排布孔板(3)、光学镜片组件、CCD相机(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，还包括壳体(6)，所述壳体(6)的两端分别通过稀疏排布孔板(1)和后盖板密封。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述稀疏排布孔板(1)为金属板，所述稀疏排布孔板(1)的迎光端面上镀有高反射率膜层(11)，且其上的孔数等于光纤阵列组件中的光纤单元数，孔径可容纳光纤端头，相邻孔的间距满足：
其中：η为光斑缩小倍率，D为系统取样分辨力，表示可检出的最小单位，在此为两相邻单元的中心间隔距离，d为光斑缩小后的取样分辨力。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述光纤阵列组件包括连接在稀疏排布孔板(1)和紧密排布孔板(3)中间的光纤阵列(21)、将光纤阵列(21)固定在壳体(6)内的光纤加持单元。
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述光纤加持单元包括光纤加持件(22)和将对应段的光纤阵列(21)固定在对应光纤加持件(22)上的扎带(23)，所述光纤阵列(21)为J型布置，所述光学镜片组件和CCD相机(5)位于J型布置的短边直线上。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述光纤阵列组件中的光纤为柔性长光纤，柔性长光纤的N.A.取值范围为0.1～0.9，芯径比的取值范围为0.1～5mm，光纤材料使用高透射率石英。
7.根据权利要求6所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，与稀疏排布孔板(1)相接的光纤端头为带有金属尾柄的陶瓷插芯结构，与紧密排布孔板(3)相接的光纤端头为只余纤芯加包层的裸端头，除两端端头外其余部分的裸光纤外包有涂覆层及皮套。
8.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述紧密排布孔板(3)为石英板。
9.根据权利要求8所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述紧密排布孔板(3)上的第二安装孔(30)与光纤阵列组件中的光纤单元一一对应，孔径可容纳光纤裸端头，孔位与光纤裸端头采用熔融方式连接，孔间距等于光斑缩小后的分辨率d。
10.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列的激光光束质量测量装置，其特征在于，所述光学镜片组件包括依次设置的滤光片(41)和衰减片(42)。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003270091A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Canon Inc | 光学系の波面収差測定方法及び波面収差測定装置 |
| JP2007024731A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Olympus Corp | 距離計測装置、距離計測方法および距離計測プログラム |
| US20100208254A1 (en) * | 2007-08-10 | 2010-08-19 | Carl Zeiss Smt Ag | Method and apparatus for measuring scattered light on an optical system |
| KR20130034521A (ko) * | 2011-09-28 | 2013-04-05 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치 |
| US20130250099A1 (en) * | 2012-03-26 | 2013-09-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component |
| CN104457600A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-03-25 | 华中科技大学 | 一种光纤准直器阵列的测试装置 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003270091A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Canon Inc | 光学系の波面収差測定方法及び波面収差測定装置 |
| JP2007024731A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Olympus Corp | 距離計測装置、距離計測方法および距離計測プログラム |
| US20100208254A1 (en) * | 2007-08-10 | 2010-08-19 | Carl Zeiss Smt Ag | Method and apparatus for measuring scattered light on an optical system |
| KR20130034521A (ko) * | 2011-09-28 | 2013-04-05 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 광학계의 왜곡 수차 측정 방법 및 왜곡 수차 측정 장치 |
| US20130250099A1 (en) * | 2012-03-26 | 2013-09-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component |
| CN104457600A (zh) * | 2014-11-20 | 2015-03-25 | 华中科技大学 | 一种光纤准直器阵列的测试装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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