CN204740122U - 中红外宽谱激光光束质量测量仪 - Google Patents
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Abstract
中红外宽谱激光光束质量测量仪，包括聚焦透镜、步进电机平台、可变狭缝单元、功率计、直线平移台及轨道、高精度步进电机和大行程步进电机；可变狭缝单元放置在步进电机平台上，步进电机平台放置在直线平移台上；步进电机平台上安装的高精度步进电机驱动可变狭缝单元，以可变狭缝的宽窄变化控制待测激光器光束的通过，大行程步进电机控制直线平移台在轨道上的移动；待测激光器、功率计分别安装在所述轨道的两端。
Description
技术领域
本实用新型属于中红外激光光束表征领域。用以测量中红外激光的光斑大小，光束远场发散角和激光光束质量。
背景技术
中红外激光在大气监测、激光雷达、国防对抗、科学研究等领域具有广泛的应用价值。为获得高效率高光束质量的中红外激光，国内外科研单位、商用公司都投入了诸多精力。与此同时，对于获得的中红外激光的光束特性的分析也是一个亟待解决的问题。中红外激光的光斑大小，远场发散角、光束质量因子是描述激光光束的基本而又重要的参数。这些光束特性对于中红外激光的实际应用具有重要的影响。
激光光束质量的测量主要采用刀口法、狭缝法、针孔法和CCD成像法等，由于CCD成像方便快捷，目前主流的光束分析仪器均采用CCD相机。但是CCD相机一般由硅材料制成，由于硅对于中红外光谱几乎无响应，因此无法用于中红外激光的光束质量分析。而采用特殊材料的光电成像器件进行中红外波段光束质量的测量，其成本往往非常高昂，并且可以测量的激光波段较为狭窄。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是：目前在对于中红外激光光束质量的测量上没有简便的、低成本的测量仪器的问题。本实用新型的中红外宽谱激光光束质量测试仪基于ISO11146标准的狭缝法来测量激光光束质量因子。因为采用热电型功率计，对于3-5um的中红外光有很好的响应，可以用来测量中红外激光的光束质量因子等光束参数。
本实用新型的技术方案如下：中红外宽谱激光光束质量测量仪，包括聚焦透镜、步进电机平台、可变狭缝单元、功率计、直线平移台及轨道、高精度步进电机和大行程步进电机；可变狭缝单元放置在步进电机平台上，步进电机平台放置在直线平移台上；步进电机平台上安装的高精度步进电机驱动可变狭缝单元，以可变狭缝的宽窄变化控制待测激光器光束的通过，大行程步进电机控制直线平移台在轨道上的移动；待测激光器、功率计分别安装在所述轨道的两端。
高精度步进电机沿着特定方向来回运转，待测激光光束经过一个透镜聚焦后，其腰斑位于透镜后某一位置；运用狭缝扫描法(控制狭缝的开合)测得光束在不同位置的光斑半径，用平移台可以读取各处光斑的相对坐标；对测得的光斑半径(ω)和坐标位置(z)进行拟合，即可得到激光光束经透镜聚焦后的腰斑大小和远场发散角，从而也得到了该激光的光束质量因子。
采用的功率计为热电型，包括热释电功率计、热敏电阻功率计或铂电阻功率计等，对不同波长的激光均有很好的响应。功率计可以响应的激光波长范围决定了本测量仪可以探测的波长范围。本测量仪对于3-5um中红外激光均有良好的测量效果。
可变狭缝单元与待测激光器之间设有聚焦透镜，聚焦透镜根据需要的透过率、焦距等参数可以更换合适透镜。
测量仪的高度可以调节，以适应不同激光光束高度的要求。
采用的狭缝大小可以调节。
步进电机的移动速度由程序控制，可以根据需要调节移动速率。
直线平移台移动坐标位置通过大行程步进电机控制。
该测量仪测量时无需加衰减片，对于W级激光可以直接测量。
本实用新型采用的测量中红外激光光斑大小的方法是狭缝扫描法。狭缝平面垂直于光束传播方向放置在一个步进电机平移台上。激光光束被狭缝面板遮挡住，只有狭缝部分的光可以透过，入射到放置在狭缝后方的热敏功率探头上。缓慢移动狭缝，使得光束的不同部分透过狭缝。狭缝沿着切割激光光束方向移动，功率计测得功率曲线从初始值0到最大值再回到0。根据得到的功率—坐标曲线即可算出该位置处的激光光斑大小。
根据ISO11146标准，激光光束质量因子的直接测量方法是沿着激光传播方向(z轴方向)测得不同位置的激光光斑大小，然后对光斑大小和坐标做双曲线拟合，即可得到该激光光束的腰斑大小、位置，远场发散角和光束M2因子。测量数据至少为10组，并且至少5组数据在光束瑞利距离以内，至少5组在瑞利距离之外。而往往待测激光光束的腰斑不能直接测得，则令待测激光光束经过一个薄透镜聚焦后，用上述同样的方法测得透镜汇聚之后的光束的腰斑大小，远场发散角和光束质量因子。因为薄透镜不会改变激光光束的质量因子，因此所测得的光束质量因子即为待测激光光束的质量因子；已知该聚焦薄透镜的参数后即可推算出待测激光光束的腰斑位置和大小。
本实用新型的有益效果：提出一种中红外激光光束质量的测量仪器，测量上简便的、低成本。用热电型功率计，对于3-5um的中红外光有很好的响应，本实用新型的中红外宽谱激光光束质量测试仪基于ISO11146标准的狭缝法来测量激光光束质量因子。本实用新型可测量的激光光波长较广，在可见光以及中远红外波段都可以有良好的响应。
附图说明
图1为本实用新型狭缝测量光斑大小的测量结构示意图；
图2为本实用新型测量的某位置处的待测激光光斑形状曲线；
图3为使用本实用新型测量得到的某成品激光器的光束传播曲线。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型的机构示意图。本实用新型包含1聚焦透镜、2高精度步进电机、3可变狭缝、4功率计、5大行程步进电机、6轨道、功率计、7直线平移台、8高精度步进电机。待测激光光束经过聚焦透镜1聚焦，放置在高精度步进电机2上的可变狭缝3在高精度步进电机的带动下横切待测激光光斑。狭缝移动到不同位置处时，透过的激光强度是不一样的。利用(热释电)功率计4记录透过的中红外激光强度曲线，通过处理不同位置处的激光强度曲线，即可得到待测激光光斑形状与大小。大行程步进电机控制直线平移台在轨道上的移动；待测激光器、功率计分别安装上所述轨道的两端。
通过移动大行程步进电机，即可沿着待测激光光束的方向测量得到在光束传播方向，不同位置处的光斑大小。缓慢移动大行程步进电机改变狭缝在光束传播方向的位置，得到经过透镜聚焦后最小的光斑大小值以及附近位置处的光斑大小，进一步移动大行程步进电机得到远离最小光斑处的若干位置的激光光斑大小，据此可以拟合得到待测激光的远场发散角和光束质量。
待测激光器1发出的光束经过聚焦透镜2聚焦后，光斑被一个可变狭缝阻3挡住，垂直于光束传播方向移动狭缝，使得光斑不同位置处强度透过狭缝被放置于狭缝后的热释电探头4记录下来。分析探头记录下来的狭缝移动到不同位置得到的激光强度曲线，即可得到待测激光光斑在狭缝所在位置处的光斑形状与光斑大小。
如图2所示为本实用新型测量的某位置处的待测激光光斑形状曲线，横坐标为狭缝所处的位置，纵坐标为不同位置处透过狭缝的光强强度大小。由于狭缝缝宽远小于待测光斑大小，所得曲线即可视为待测光斑的强度分布曲线。通过该曲线即可得到狭缝所处位置处的光斑形状与光斑大小。
如图3为本实用新型测量的某成品激光器的光束传播曲线。横坐标为沿光束传播方向的坐标位置，纵坐标为不同坐标位置处的光斑大小。通过对测量得到的不同位置光斑大小数据进行双曲线拟合可得到待测激光光束的传播情况。从拟合得到的曲线可得到待测激光光束的光束质量等光束特性。
Claims (3)
1.中红外宽谱激光光束质量测量仪，其特征是包括聚焦透镜、步进电机平台、可变狭缝单元、功率计、直线平移台及轨道、高精度步进电机和大行程步进电机；可变狭缝单元放置在步进电机平台上，步进电机平台放置在直线平移台上；步进电机平台上安装的高精度步进电机驱动可变狭缝单元，以可变狭缝的宽窄变化控制待测激光器光束的通过，大行程步进电机控制直线平移台在轨道上的移动；待测激光器、功率计分别安装在所述轨道的两端。
2.根据权利要求1所述的中红外宽谱激光光束质量测量仪，其特征是功率计为热电型，包括热释电功率计、热敏电阻功率计或铂电阻功率计。
3.根据权利要求1所述的中红外宽谱激光光束质量测量仪，其特征是可变狭缝单元与待测激光器之间设有聚焦透镜。
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Publications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108213748A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-06-29 | 山东大学 | 激光-水射流复合加工中的激光光束质量因子测量装置及方法 |
| CN109655232A (zh) * | 2017-10-12 | 2019-04-19 | 致茂电子(苏州)有限公司 | 光学量测装置 |
| CN110146260A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-08-20 | 深圳市杰普特光电股份有限公司 | 一种检测装置、设备及方法 |
| CN112146851A (zh) * | 2020-09-27 | 2020-12-29 | 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 | 一种光斑尺寸和形状的测量方法及装置 |
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2015
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