CN113686429A - 一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统，包括：功率测量装置，用于测量所述深紫外激光器输出的平均功率和功率稳定性时域特性参数；和/或频谱特性参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的频谱特性参数；和/或时域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的时域特性参数；和/或空域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的空域特性参数；所述功率测量装置、所述时域特性参数测量装置和所述频谱特性参数测量装置的至少其中两者能够选择性的同步测量。本发明能够防止空气对于深紫外激光的吸收及防止光学元件对光束质量的影响，保证准确性。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统。
背景技术
目前，针对激光性能参数的测量通常是采用不同测量光路和仪器分别进行测量，且测量系统复杂，效率较低，各参数的关联性差。
CN 109357756 A和CN 101782435 A公开了一种激光参数测量系统，由于空气对深紫外光具有极强的吸收特性，深紫外激光在空气中传播导致功率/能量快速衰减以及光束质量的裂化，只能用于可见到红外光的测量，而不适用于深紫外激光的测量。
CN 108917946 A、CN 109084954 A、CN 102735349 A、CN 102384836 A、CN109211524 A以及CN 102539114 A分别公开了一种激光参数测量系统，均采用透过式衰减片、分光镜或透镜，导致深紫外光透射经过光学元件的传播过程中会被吸收而使光束质量裂化。
此外，现有的激光参数测量系统，其采用的光学元件材料在深紫外波长下或透过率低或容易出现损伤，影响测量结果，尤其是针对深紫外波段激光的M2因子测量市场上尚未出现成熟的仪器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统，包括：
功率测量装置，用于测量所述深紫外激光器输出的平均功率和功率稳定性时域特性参数；
和/或
频谱特性参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的频谱特性参数；
和/或
时域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的时域特性参数；
和/或
空域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的空域特性参数；
所述功率测量装置、所述时域特性参数测量装置和所述频谱特性参数测量装置的至少其中两者能够选择性的同步测量。
进一步的，所述功率测量装置、所述频谱特性参数测量装置的测量光路部分、所述时域特征参数测量装置的测量光路部分、所述空域特征参数测量装置的测量光路部分设置在一腔体内，所述腔体内填充惰性气体。
进一步的，所述功率测量装置包括：
第一光楔，用于接收深紫外激光器输出的激光；以及
功率计或能量计，用于接收所述第一光楔的透射光，以测量所述深紫外激光器输出的激光的平均功率和功率稳定性时域特性参数。
进一步的，所述频谱特性参数测量装置的测量光路部分包括：
第二光楔，用于接收所述第一光楔前表面的反射光；
漫反射镜，用于接收所述第二光楔的透射光；
光纤转接头，用于接收所述漫反射镜的反射光；
所述频谱特性参数测量装置还包括：
光谱仪，用于接收所述光纤转接头的输出光，以测量所述深紫外激光器的频谱特性参数，所述频谱特性参数包括中心波长和光谱宽度。
进一步的，所述时域特征参数测量装置的测量光路部分包括：
第三光楔，用于接收所述第二光楔前表面的反射光；
光电探测器，用于接收所述第三光楔的透射光，并将接收的所述第三光楔的透射光转换成电脉冲信号；
所述时域特征参数测量装置还包括：
示波器，用于接收所述光电探测器输出的电脉冲信号，以测量所述深紫外激光器的重复频率、脉冲宽度、脉冲波形时域特性参数。
进一步的，所述空域特征参数测量装置的测量光路部分包括：
凹透镜，用于接收所述第三光楔前表面的反射光；
第一全反镜，用于接收所述凹透镜的反射汇聚光；
第二全反镜，用于接收所述第一全反镜的反射光；
连接板，用于连接所述第一全反镜和所述第二全反镜；
移动平台，用于带动所述连接板、所述第一全反镜、所述第二全反镜前后移动；以及
CCD，用于接收所述第二全反镜的反射光，得到所述深紫外激光器的空域特性参数，所述空域特性参数包括M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
进一步的，所述第一光楔、第二光楔、漫反射镜、第三光楔、凹透镜、第一全反镜以及第二全反镜均采用深紫外级熔融石英、深紫外级氟化钙、或深紫外级氟化镁元件。
进一步的，还包括：计算机，分别与所述功率计、光谱仪、示波器以及CCD连接，用于实时显示所测量的平均功率、重复频率、脉冲宽度、脉冲波形，读取中心波长、光谱宽度、CCD的光斑图像，以及计算M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
进一步的，还包括：光束收集器，用于收集所述第一光楔后表面的反射光。
进一步的，所述光束收集器表面采用凹凸不平结构，且表面进行镀镍处理，以提高其使用寿命。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本发明对整个测量系统进行密封，并充入惰性保护气体，有效的防止了空气对于深紫外激光的吸收。
(2)本发明测量系统的所有光学元件均采用深紫外级氟化钙，能够防止光学元件对光束质量的影响，保证测量的准确性。
(3)本发明采用反射式衰减，并采用反射式透镜保证了光束质量的测量准确性。
(4)本发明采用合理的分光光路，可以同时实现对中心波长、光谱宽度、平均功率、功率稳定性、重复频率、脉冲宽度、波形、进行同步测量；且采用折返光路对M2因子进行测量，缩小了整个体积，结构紧凑，抗干扰能力强，实现了对深紫外连续和脉冲激光参数一体化测量。
(5)本发明测量系统还可实现对深紫外激光参数的M2因子的测量。
(6)本发明测量系统结构简单，操作方便，效率较高。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明实施例深紫外激光参数测量系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，包括：功率测量装置，用于测量所述深紫外激光器输出的平均功率和功率稳定性时域特性参数；和/或频谱特性参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的频谱特性参数；和/或时域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的时域特性参数；和/或空域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的空域特性参数；其中，所述功率测量装置、所述频谱特性参数测量装置的测量光路部分、所述时域特征参数测量装置的测量光路部分、所述空域特征参数测量装置的测量光路部分设置在一腔体内，所述腔体内填充惰性气体。本发明测量系统，通过将所述功率测量装置、所述频谱特性参数测量装置的测量光路部分、所述时域特征参数测量装置的测量光路部分、所述空域特征参数测量装置的测量光路部分设置在一腔体内，所述腔体内填充惰性气体，利用惰性气体进行保护，有效的防止了空气对于深紫外激光的吸收。
而且，所述功率测量装置、所述时域特性参数测量装置和所述频谱特性参数测量装置的至少其中两者能够选择性的同步测量，操作方便，效率较高。
具体的，所述功率测量装置包括：第一光楔，用于接收深紫外激光器输出的激光；以及功率计，用于接收所述第一光楔的透射光，以测量所述深紫外激光器输出的激光的平均功率和功率稳定性时域特性参数。此外，当深紫外激光是脉冲激光时，所述功率计可以换成能量计。
所述频谱特性参数测量装置包括测量光路部分和光谱仪，其测量光路部分包括：第二光楔，用于接收所述第一光楔前表面的反射光；漫反射镜，用于接收所述第二光楔的透射光；光纤转接头，用于接收所述漫反射镜的反射光；所述光谱仪用于接收所述光纤转接头的输出光，以测量所述深紫外激光器的频谱特性参数。所述频谱特性参数包括中心波长和光谱宽度。
所述时域特征参数测量装置包括测量光路部分和示波器，其测量光路部分包括：第三光楔，用于接收所述第二光楔前表面的反射光；光电探测器，用于接收所述第三光楔的透射光，并将接收的所述第三光楔的透射光转换成电脉冲信号；所述示波器用于接收所述光电探测器输出的电脉冲信号，以测量所述深紫外激光器的重复频率、脉冲宽度、脉冲波形时域特性参数。
所述空域特征参数测量装置的测量光路部分包括：凹透镜，用于接收所述第三光楔前表面的反射光；第一全反镜，用于接收所述凹透镜的反射汇聚光；第二全反镜，用于接收所述第一全反镜的反射光；连接板，用于连接所述第一全反镜和所述第二全反镜；移动平台，用于带动所述连接板、所述第一全反镜、所述第二全反镜前后移动；以及CCD，用于接收所述第二全反镜的反射光，得到所述深紫外激光器的空域特性参数。所述空域特性参数包括M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
由此，本发明测量系统可以实现时域特性参数、频谱特性参数的同步测量，而且还可以实现空域特性参数的测量。此外，通过采用双程折叠式测量M2因子，减小了系统尺寸，降低了惰性气体使用量，保证了系统内气场稳定。
其中，所述第一光楔、第二光楔、第三光楔也可以是其他任何能够透射和反射的光学元件，例如平面镜，透射性强即可。
优选的，所述第一光楔、第二光楔、漫反射镜、第三光楔、凹透镜、第一全反镜以及第二全反镜均采用深紫外级熔融石英、深紫外级氟化钙、或深紫外级氟化镁元件，以保证其透过功率及使用寿命。
所述的深紫外激光参数测量系统还可包括：光束收集器，用于收集部分经过所述第一光楔后表面的反射光；以及计算机，分别与所述功率计、光谱仪、示波器以及CCD连接，用于实时显示所测量的平均功率、重复频率、脉冲宽度、脉冲波形，读取中心波长、光谱宽度、CCD的光斑图像，以及计算M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
本发明测量系统所有衰减均采用反射式衰减，并采用反射式透镜保证了光束质量的测量准确性。
在一实施例中，本发明深紫外激光参数测量系统为针对深紫外激光器的频谱特性参数、时域特性参数、空域特性参数的全参数一体化综合测量系统。具体的，本实施例可同时对深紫外激光器的频谱特性参数：中心波长、光谱宽度，时域特性参数：平均功率、功率稳定性、重复频率、脉冲宽度、波形，及空域特性参数：M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围进行测量。
如图1所示，本实施例所述全参数一体化综合测量系统包括光楔1、功率计、光楔2、漫反射镜、光纤转接头、光楔3、光电探测器、凹透镜、全反镜1、全反镜2、连接板、移动平台、CCD、光束收集器、示波器、光谱仪以及计算机。其中，所述光楔1、功率计、光楔2、漫反射镜、光纤转接头、光楔3、光电探测器、凹透镜、全反镜1、全反镜2、连接板、移动平台、CCD、光束收集器设置在一腔体内(密封腔体充入惰性保护气体对整个测量系统进行保护)；所述示波器、光谱仪以及计算机设置在所述一腔体外。所述腔体的侧壁上设置有进气口和排气口。
此外，所述腔体的侧壁上还设有一光孔，一深紫外激光器设置在所述腔体外，用于提供待测激光。所述待测激光经所述光孔入射至所述腔体内。
所述光楔1、光楔2、光楔3均包括沿光路方向在前的表面即前表面(光在经过一光楔时先射至的面)和沿光路方向在后的表面即后表面(光在经过一光楔时后射至的面)。
下面详细介绍本实施例全参数一体化综合测量系统的测量原理。
在开始测量前，先通过所述进气口向所述腔体内充入惰性气体，利用排气口排出腔体内的空气，保证腔体内充满惰性气体，这样利用惰性气体进行保护，有效的防止了空气对于深紫外激光的吸收。
在待测激光入射到所述光楔1后，大部分光被透射，经所述光楔1透射的光入射至所述功率计，用来测量平均功率，透射光的平均功率P1，通过测量所述光楔1的透过率t，从而可以得到所述激光器输出的平均功率：P＝P1/t，所述计算机内的同步控制测量软件将平均功率进行实时显示，可实现平均功率、功率稳定性的测量。
一部分光经过所述光楔1后表面反射后被所述光束收集器收集。优选的，所述光束收集器表面采用凹凸不平结构，将光线吸收，并且表面进行镀镍处理，以提高其使用寿命。
所述光楔1前表面的反射光入射到所述光楔2表面，透射光经漫反射镜反射后，入射到所述光纤接头后，经所述光谱仪测量中心波长、光谱宽度，通过所述计算机内的同步控制测量软件读取光谱数据。
所述光楔2前表面的反射光入射到光楔3表面，透射光由所述光电探测器接收，转换成电脉冲信号，通过所述示波器测量激光的重复频率、脉冲宽度、脉冲波形，通过所述计算机内的同步控制测量软件将测量结果进行显示。
所述光楔3前表面的反射光入射到所述凹透镜表面，经所述凹透镜反射汇聚后，入射到所述全反镜1后，再反射到所述全反镜2表面，经所述全反镜2反射到所述CCD，所述全反镜1和全反镜2由所述连接板连接，通过所述计算机内的同步控制测量软件控制所述移动平台带动连接板及全反镜1和全反镜2前后(沿光路方向前后)移动，所述CCD采集不同位置的光斑形貌后，所述计算机内的同步控制测量软件通过读取所述CCD的光斑图像，由二阶矩法计算光斑尺寸，通过对不同位置光斑尺寸的二次曲线拟合，进而计算出M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
概括而言，本实施例针对深紫外激光参数测量领域，整个测量系统充入惰性气体进行保护，有效防止了空气对于深紫外激光的吸收；所有衰减均采用反射式衰减，并采用反射式透镜保证了光束质量的测量准确性；采用合理的分光光路，同时实现了对中心波长、光谱宽度、平均功率、功率稳定性、重复频率、脉冲宽度、波形的同步测量，还可以实现M2因子的测量；且采用折返光路对M2因子进行测量，缩小了整个体积，结构紧凑，抗干扰能力强，实现对深紫外连续和脉冲激光参数一体化测量。
至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
当然，根据实际需要，本发明还可以包含其他的部分，由于同本发明的创新之处无关，此处不再赘述。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的所有特征以及如此发明的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。
此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，包括：
功率测量装置，用于测量所述深紫外激光器输出的平均功率和功率稳定性时域特性参数；
和/或
频谱特性参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的频谱特性参数；
和/或
时域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的时域特性参数；
和/或
空域特征参数测量装置，用于测量所述深紫外激光器的空域特性参数；
所述功率测量装置、所述时域特性参数测量装置和所述频谱特性参数测量装置的至少其中两者能够选择性的同步测量。
2.根据权利要求1所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述功率测量装置、所述频谱特性参数测量装置的测量光路部分、所述时域特征参数测量装置的测量光路部分、所述空域特征参数测量装置的测量光路部分设置在一腔体内，所述腔体内填充惰性气体。
3.根据权利要求2所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述功率测量装置包括：
第一光楔，用于接收深紫外激光器输出的激光；以及
功率计或能量计，用于接收所述第一光楔的透射光，以测量所述深紫外激光器输出的激光的平均功率和功率稳定性时域特性参数。
4.根据权利要求3所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述频谱特性参数测量装置的测量光路部分包括：
第二光楔，用于接收所述第一光楔前表面的反射光；
漫反射镜，用于接收所述第二光楔的透射光；
光纤转接头，用于接收所述漫反射镜的反射光；
所述频谱特性参数测量装置还包括：
光谱仪，用于接收所述光纤转接头的输出光，以测量所述深紫外激光器的频谱特性参数，所述频谱特性参数包括中心波长和光谱宽度。
5.根据权利要求4所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述时域特征参数测量装置的测量光路部分包括：
第三光楔，用于接收所述第二光楔前表面的反射光；
光电探测器，用于接收所述第三光楔的透射光，并将接收的所述第三光楔的透射光转换成电脉冲信号；
所述时域特征参数测量装置还包括：
示波器，用于接收所述光电探测器输出的电脉冲信号，以测量所述深紫外激光器的重复频率、脉冲宽度、脉冲波形时域特性参数。
6.根据权利要求5所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述空域特征参数测量装置的测量光路部分包括：
凹透镜，用于接收所述第三光楔前表面的反射光；
第一全反镜，用于接收所述凹透镜的反射汇聚光；
第二全反镜，用于接收所述第一全反镜的反射光；
连接板，用于连接所述第一全反镜和所述第二全反镜；
移动平台，用于带动所述连接板、所述第一全反镜、所述第二全反镜前后移动；以及
CCD，用于接收所述第二全反镜的反射光，得到所述深紫外激光器的空域特性参数，所述空域特性参数包括M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述第一光楔、第二光楔、漫反射镜、第三光楔、凹透镜、第一全反镜以及第二全反镜均采用深紫外级熔融石英、深紫外级氟化钙、或深紫外级氟化镁元件。
8.根据权利要求3-6中任意一项所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，还包括：计算机，分别与所述功率计、光谱仪、示波器以及CCD连接，用于实时显示所测量的平均功率、重复频率、脉冲宽度、脉冲波形，读取中心波长、光谱宽度、CCD的光斑图像，以及计算M2因子、发散角、束腰直径、束腰位置、瑞利范围。
9.根据权利要求3所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，还包括：光束收集器，用于收集所述第一光楔后表面的反射光。
10.根据权利要求9所述的深紫外激光多参数一体化综合测量系统，其特征在于，所述光束收集器表面采用凹凸不平结构，且表面进行镀镍处理，以提高其使用寿命。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN101782435A (zh) * | 2010-03-11 | 2010-07-21 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光参数综合测试系统 |
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2020
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