CN113639858B - 一种大视场高功率激光光束质量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光光束质量检测技术领域，具体地说，涉及一种大视场高功率激光光束质量检测方法。其包括以下步骤：反射角度调整、衍射孔洞大小调节、环境模拟、激光强度调节、激光照射启动、光斑采集、光束质量计算。本发明提前对反射镜、光斑显示板和衍射洞口进行调节，使在实验时，减少激光实验的未知量，同时控制已知量数据的稳定性，进而保证激光实验的准确性，降低实验人员获得激光发散角和光束质量数据的难度，同时通过设置的多个反射镜对激光进行折射，降低激光实验的空间，降低不定性的因数，进一步的提高激光实验的稳定性，保证激光实验获得数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及激光光束质量检测技术领域，具体地说，涉及一种大视场高功率激光光束质量检测方法。
背景技术
激光自问世以来因其具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，已广泛应用于信息、加工、医疗、军事等领域，在制造工业中，它可以作为高强度光源，用于切割、打孔、焊接等。在军事领域可用于车载、舰载激光武器，也可作为激光武器的信标光源，并且在光电对抗、激光制导和激光诱导核聚变等领域也有广泛应用。在众多种类的高功率激光器中，光纤激光器以其光束质量好、体积小、转换效率高和散热效果好等优点发展尤为迅速，并且已经开始大规模应用于工业和军事领域。随着激光应用的深入，对激光所工作的不同的环境的工作情况进行核算实验，以便于获得激光在不同环境下发散角数据。、
目前在对大视场的激光实验在不同环境下激光的发散角的数值时，激光所要照射的距离大，其实验空间大，激光折射率高，发散的角度大，无法很好的对激光的发散角以及激光的光束质量进行实验，同时实验空间越大，其不定因素就会越多，进而容易导致激光的反散角和激光的光束质量检测的数据不准确，从而增加实验人员对数据的确定时间，增加实验人员获得激光发散角和光束质量数据的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大视场高功率激光光束质量检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种大视场高功率激光光束质量检测方法，包括以下步骤：
S1、反射角度调整：在真空环境中，预先对激光反射的角度进行调试；方便在有限的空间中，增加激光照射的范围；
S2、衍射孔洞大小调节：对用于遮挡激光的衍射洞口进行调整；以便于根据不同的照射要求对衍射的孔洞进行调节，扩大激光衍射范围；
S3、环境模拟：模拟激光在现实使用中的各个粒子环境；以便于对不同粒子环境下激光的照射和偏斜角度进行测试；
S4、激光强度调节：测试不同强度的激光在不同环境及相同环境下的折射角度；
S5、激光照射启动：将激光打开；
S6、光斑采集：对激光衍射后的光板进行显像收集，并统计出光斑的疏密程度；
S7、光束质量计算：对光斑中亮度最大的光斑的中心发散角度进行计算测量，获得激光在不同场景中的激光光束质量。
作为本技术方案的进一步改进，在反射角度调整步骤中对反射角度的调整的步骤如下：
S1.1、反射镜组及光斑显示屏位置的调整：反射镜组由多个大小不一的反射镜组成，且多个反射镜由小到大排列设置，最小的反射镜设置在距离激光投射点最近的位置，光斑显示屏设置在最大的反射镜的一侧；
S1.2、相对的反射镜之间距离和激光投射点角度的设置：确定激光投射点投射的角度，并根据激光在反射镜上的反射角度，对多个反射镜的之间的距离进行调整，使反射镜的激光折射点处于每个反射镜的中心点上，且光板显示屏和最后一块反射镜反射出的激光垂直设置。
作为本技术方案的进一步改进，在衍射孔洞大小调节中，使用衍射板对激光投射点发出的激光进行衍射，且衍射板上的衍射孔洞为圆形，衍射板由不透明材料制成，衍射板设置在激光投射点和第一个反射镜之间。
作为本技术方案的进一步改进，在环境模拟中采用雾化器对激光照射的真空环境中喷洒雾化颗粒，以形成不同颗粒含量的场景。
作为本技术方案的进一步改进，在光斑采集步骤中包括以下步骤：
S6.1、对激光照射的距离L进行测量；
S6.2、对光斑的衍射数量n进行计数；
S6.3、记录激光照射环境中的颗粒含量η的数值；
S6.4、测量光斑的半径r以及光斑的中心点到到光斑显示板中心点的距离R。
作为本技术方案的进一步改进，在光束质量计算步骤中，对光斑采集步骤中所采集的数据进行处理，其公式为：
其中，β为衍射极限因子，θ1为实际光束远场发散角度，θ0为理想状态下的光束远场发散角度，θ0＝1.22λ/D,其中D为衍射板上孔洞的直径，λ为激光的波长；当θ1的数值越大，则激光在设置的环境中的折射的角度越大，进而使β值越小，表明激光质量在此环境下的光束质量越低，当θ1的数值越小，则激光在设置的环境中的折射的角度越小，进而使β值越小，表明激光质量在此环境下的光束质量越高。
作为本技术方案的进一步改进，在计算出激光光束质量后，为了获得衍射的光斑的角度范围，其公式如下：
θ2≥θ光斑≥2θ1-θ2
其中，θ2为激光折射到光斑边缘处的最大折射角度，θ光斑为照射在光斑显示板上的光斑折射角度值；当2θ1-θ2数值越靠近θ2的数值时，表明光斑的折射角度越小，表明激光在此环境中的的光束折射率越差，光束的质量越高；当2θ1-θ2数值和θ2的数值差越大，表明光斑的折射角度越大，表明激光在此环境中的的光束折射率越高，光束的质量越低。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该大视场高功率激光光束质量检测方法中，通过将激光照射的空间设置在真空环境中进行实验，使激光在设照射的过程中，不会受到外界环境的影响，今天提高激光实验数据的准确数值，同时在真空中进行激光实验，便于获得激光的最接近理想环境下的发散角度，以便于为后期的数据定下基础，方便后面实验的进行。
2、该大视场高功率激光光束质量检测方法中，通过在真空环境下实验，减少外界环境的影响，同时在真空环境下对激光照射的空间进行填充不同浓度的颗粒，以便于模拟不同环境下的激光发散角度值以及激光在该环境下的光束质量，进而便于获得激光在不同环境下的实验的数据，方便研究人员对激光的实验。
3、该大视场高功率激光光束质量检测方法中，提前对反射镜、光斑显示板和衍射洞口进行调节，使在实验时，减少激光实验的未知量，同时控制已知量数据的稳定性，进而保证激光实验的准确性，降低实验人员获得激光发散角和光束质量数据的难度。
4、该大视场高功率激光光束质量检测方法中，通过设置的多个反射镜对激光进行折射，降低激光实验的空间，降低不定性的因数，进一步的提高激光实验的稳定性，保证激光实验获得数据的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体步骤框图；
图2为本发明实施例1的反射角度调节框图；
图3为本发明实施例1的光斑采集步骤框图；
图4为本发明实施例1的激光实验结构示意图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本发明提供一种大视场高功率激光光束质量检测方法，请参阅图1-图4，包括以下步骤：
S1、反射角度调整：在真空环境中，预先对激光反射的角度进行调试；方便在有限的空间中，增加激光照射的范围；
反射角度调整的反射角度调整的步骤如下：
S1.1、反射镜组及光斑显示屏位置的调整：反射镜组由多个大小不一的反射镜组成，且多个反射镜由小到大排列设置，最小的反射镜设置在距离激光投射点最近的位置，光斑显示屏设置在最大的反射镜的一侧；
S1.2、相对的反射镜之间距离和激光投射点角度的设置：确定激光投射点投射的角度，并根据激光在反射镜上的反射角度，对多个反射镜的之间的距离进行调整，使反射镜的激光折射点处于每个反射镜的中心点上，且光板显示屏和最后一块反射镜反射出的激光垂直设置。
S2、衍射孔洞大小调节：对用于遮挡激光的衍射洞口进行调整；以便于根据不同的照射要求对衍射的孔洞进行调节，扩大激光衍射范围；
在对衍射孔洞大小调节的过程中，使用衍射板对激光投射点发出的激光进行衍射，且衍射板上的衍射孔洞为圆形，衍射板由不透明材料制成，衍射板设置在激光投射点和第一个反射镜之间。
S3、环境模拟：模拟激光在现实使用中的各个粒子环境；以便于对不同粒子环境下激光的照射和偏斜角度进行测试；
环境模拟采用雾化器对激光照射的真空环境中喷洒雾化颗粒，以形成不同颗粒含量的场景，激光在不同颗粒含量的场景中进行照射，以便于获得激光在不同环境下的光束发散情况以及激光在此环境下的光束质量。
S4、激光强度调节：测试不同强度的激光在不同环境及相同环境下的折射角度；
S5、激光照射启动：将激光打开；
S6、光斑采集：对激光衍射后的光板进行显像收集，并统计出光斑的疏密程度；
光斑采集中包括以下步骤：
S6.1、对激光照射的距离L进行测量；
S6.2、对光斑的衍射数量n进行计数；
S6.3、记录激光照射环境中的颗粒含量η的数值；
S6.4、测量光斑的半径r以及光斑的中心点到到光斑显示板中心点的距离R。
S7、光束质量计算：对光斑中亮度最大的光斑的中心发散角度进行计算测量，获得激光在不同场景中的激光光束质量。
在光束质量计算步骤中，对光斑采集步骤中所采集的数据进行处理，其公式为：
其中，β为衍射极限因子，θ1为实际光束远场发散角度，θ0为理想状态下的光束远场发散角度，θ0＝1.22λ/D,其中D为衍射板上孔洞的直径，λ为激光的波长；当θ1的数值越大，则激光在设置的环境中的折射的角度越大，进而使β值越小，表明激光质量在此环境下的光束质量越低，当θ1的数值越小，则激光在设置的环境中的折射的角度越小，进而使β值越小，表明激光质量在此环境下的光束质量越高。
其中，在计算出激光光束质量后，为了获得衍射的光斑的角度范围，其公式如下：
θ2≥θ光斑≥2θ1-θ2
其中，θ2为激光折射到光斑边缘处的最大折射角度，θ光斑为照射在光斑显示板上的光斑折射角度值；当2θ1-θ2数值越靠近θ2的数值时，表明光斑的折射角度越小，表明激光在此环境中的的光束折射率越差，光束的质量越高；当2θ1-θ2数值和θ2的数值差越大，表明光斑的折射角度越大，表明激光在此环境中的的光束折射率越高，光束的质量越低。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种大视场高功率激光光束质量检测方法，包括以下步骤：
S1、反射角度调整：在真空环境中，预先对激光反射的角度进行调试；
S2、衍射孔洞大小调节：对用于遮挡激光的衍射洞口进行调整；
S3、环境模拟：模拟激光在现实使用中的各个粒子环境；
S4、激光强度调节：测试不同强度的激光在不同环境及相同环境下的折射角度；
S5、激光照射启动：将激光打开；
S6、光斑采集：对激光衍射后的光板进行显像收集，并统计出光斑的疏密程度；
S7、光束质量计算：对光斑中亮度最大的光斑的中心发散角度进行计算测量，获得激光在不同场景中的激光光束质量；
在反射角度调整步骤中对反射角度的调整的步骤如下：
S1.1、反射镜组及光斑显示屏位置的调整：反射镜组由多个大小不一的反射镜组成，且多个反射镜由小到大排列设置，最小的反射镜设置在距离激光投射点最近的位置，光斑显示屏设置在最大的反射镜的一侧；
S1.2、相对的反射镜之间距离和激光投射点角度的设置：确定激光投射点投射的角度，并根据激光在反射镜上的反射角度，对多个反射镜的之间的距离进行调整，使反射镜的激光折射点处于每个反射镜的中心点上，且光板显示屏和最后一块反射镜反射出的激光垂直设置；
在衍射孔洞大小调节中，使用衍射板对激光投射点发出的激光进行衍射，且衍射板上的衍射孔洞为圆形，衍射板由不透明材料制成，衍射板设置在激光投射点和第一个反射镜之间；
在光斑采集步骤中包括以下步骤：
S6.1、对激光照射的距离L进行测量；
S6.2、对光斑的衍射数量进行计数；
S6.3、记录激光照射环境中的颗粒含量的数值；
S6.4、测量光斑的半径以及光斑的中心点到光斑显示板中心点的距离/>；
在光束质量计算步骤中，对光斑采集步骤中所采集的数据进行处理，其公式为：
；
；
其中，为衍射极限因子，/>为实际光束远场发散角度，/>为理想状态下的光束远场发散角度，/>,其中D为衍射板上孔洞的直径，/>为激光的波长；/>为激光光斑在垂直于光斑中心的径向方向上的光强分布，其中 r 是距离光斑中心的径向距离，通过测量不同径向位置上的光强即可获得。
2.根据权利要求1所述的大视场高功率激光光束质量检测方法，其特征在于：在环境模拟中采用雾化器对激光照射的真空环境中喷洒雾化颗粒，以形成不同颗粒含量的场景。
3.根据权利要求1所述的大视场高功率激光光束质量检测方法，其特征在于：在计算出激光光束质量后，获取衍射的光斑的角度范围，其公式如下：
；
；
其中，为激光折射到光斑边缘处的最大折射角度，/>为照射在光斑显示板上的光斑折射角度值。
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