CN205751325U - 一种新型激光测试教学实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种新型激光测试教学实验系统，其特征包括激光控制电源、激光器、激光夹持卡具、光束变换装置、组合衰减片、数字相机、光斑观测仪，通过对多种类型激光器进行光束变换，既可将激光器的束腰位置拉在可测量位置，方便于测量或者节省工作距离，也可通过光束变换对激光器进行准直，使其输出为准直光束；该系统开放性强、成本低，适用于高等院校的实验教学。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光电研究、教学实验系统，尤其是涉及激光测试及应用方向的实验系统。
背景技术
随着人们对激光器研究的深入，关注的重点早已由单纯追求输出激光功率的提升转移到如何获得光束质量更好的激光光束上来。光束质量作为评价激光束性能的重要指标也获得了研究人员的重视，而激光器的束腰宽度、束腰位置、远场发散角、M2因子都是评价激光光束质量的参数。
测量激光器光斑的方法有套孔法、刀口法、CCD法等。这些方法都存在着诸多不足。
套孔法主要是针对圆形或者是能够预测大致形状且光场分布对称的光斑测量的。而对于很多场合来说，研究人员并不能提前预测光斑的形状，且光斑也存在着各处强度不一致的情况。因此其测试结果不能很精确，在使用上受到了很大的限制。
刀口法具有很强的光斑形状适应能力，且测试中只是采用了光功率计，但是其光路调整较为复杂而导致测试精度不够。
CCD法是将整个光束轮廓拍摄下来，同时提供整个光强的二维分布，从而得到光束宽度，市场上现有的对激光光束质量测量的产品以Spiricon lnc 和Thorlabs lnc生产的光束质量测量仪为代表，一方面，这些仪器价格昂贵，通常在10 万元以上，难于在实验教学过程中推广；另一方面，在对激光器进行光束质量分析时，由于一些激光器的束腰位置距离激光器出光口较远或者在激光器内部，导致测试光路较长使得测量系统体积过大，造成了测量上的不便性以及时间上的浪费；因此，需要一个性价比高、可以测量束腰位置在激光器内部、测试系统结构紧凑的系统装置。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新型激光测试教学实验系统，既可以实现通过对多种类型激光器进行光束变换，将激光器的束腰位置拉在可测量位置，方便于测量或者节省工作距离，或者通过光束变换对激光器进行准直，使其输出为准直光束；又可以对激光器光束质量进行测量分析。该测量系统简单、成本低、可操作性较强，本实用新型采用动态范围较高的CCD相机，通过光斑观测仪测量并显示水平、垂直光斑宽度、质心位置、光强分布、三维显示图以及光束质量的参数：束腰位置、束腰宽度、远场发散角、M2因子以及瑞利长度等，有助于学生对光束变换以及激光光束质量参数的测量与理解。
本实用新型采用以下技术方案：
一种新型激光测试教学实验系统，其特征包括激光控制电源、激光器、激光夹持卡具、光束变换装置、组合衰减片、数字相机、光斑观测仪。所述光束变换装置、组合衰减片、数字相机沿激光器发出光束的传播方向依次放置，所有器件同光轴。激光控制电源与激光器相连用于提供驱动电流，数字相机通过USB与光斑观测仪相连用于传输数据。其中所述光束变换装置，既可将激光器的束腰位置拉在可测量位置，方便于测量或者节省工作距离，也可通过光束变换对激光器进行准直，使其输出为准直光束。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的光束变换装置可以是单片透镜也可以是多片透镜组成的透镜组。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的激光控制电源用于驱动并控制激光器。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的激光器可以是多种类型的激光器。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的激光夹持卡具用于夹持激光器，可根据不同种类的激光器进行选择。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的组合衰减片对激光光强具有均匀衰减作用。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的数字相机相对于光束变换装置的距离可沿光轴改变，优选CCD相机或COMS相机。
上述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的光斑观测仪具有光斑分析功能，可以分析并显示光斑参数：束腰位置、束腰宽度、远场发散角、M2因子以及瑞利长度等。
本实用新型光束变换以及光束质量测量的基本理论依据和方法为：选取光束变换前的束腰位置为零点,选取沿光束传播方向为正方向,激光器出射的光束经光束变换后形成辅助束腰,光束变换前后束腰半径与束腰位置满足：
式中Ɩ为光束变换前束腰位置到光束变换透镜之间的距离(与光束传播方向一致为正，相反为负)，Ɩ'为光束变换透镜到光束变换后束腰位置之间的距离， Ϝ为光束变换透镜的焦距， ω0为光束变换前束腰半径， ω0'光束变换后束腰半径，λ为所测量激光器的波长。
光束变换前的束腰位置、束腰半径、远场发散角、M2因子以及瑞利长度是根据国家标准ISO11146上所述通过测量不同位置的光斑宽度，拟合成双曲线，其双曲线的表达式为：
束腰位置、束腰半径、远场发散角、M2因子以及瑞利长度的表达式如下：
上述公式（3）和（4）为光束变换前的束腰位置以及束腰半径，将其带入公式（1）可计算出光束变换后激光器的束腰半径以及束腰位置，将计算的理论值与实际测量值进行对比。
本实用新型具有以下有益效果：
1、与传统的测量技术相比，本实用新型提供的用于激光器系统的参数测量，能够通过沿光轴调节光束变换透镜，既可将激光器的束腰位置拉在可测量位置，方便于测量或者节省工作距离，或者通过光束变换对激光器进行准直，使其输出为准直光束,又可对变换后的光束进行光束质量分析；
2、本实用新型测量过程全部为手动测量，有助于学生对光束变换以及激光光束质量参数光斑宽度、束腰位置、远场发散角、M2因子、瑞利长度的测量与理解。
附图说明
图1是一种新型激光测试教学实验系统示意图。
图中：1—激光器控制电源、2—激光器、3—激光夹持卡具、4—光束变换装置、5—组合衰减片、6—数字相机、7—光斑观测仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型，根据本实用新型的思想，可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
参照附图1，对本实用新型进一步详细说明.本实用新型采取的技术方案如下：一种新型激光测试教学实验系统，包括激光器控制电源1、激光器2、激光夹持卡具3、光束变换装置4、组合衰减片5、数字相机6以及光斑观测仪7。
本实施例各部分器件的连接方式如下：
光束变换装置4、组合衰减片5、数字相机6沿激光器2发出光束的传播方向依次放置，所有器件同光轴，数字相机6相对于光束变换装置4的距离可沿光轴改变，数字相机6与光斑观测装置4通过USB相连接。
其中，光束变换装置4可以是单片透镜也可以是多片透镜组成的透镜组。操作人员可根据自己的需求来选择不同焦距的变换透镜4以及透镜与激光器2的距离。
其中所述激光器2可以为多种类型激光器，本实用新型的实施例选用的激光器2为半导体激光器，其束腰位置距离激光器2出光口较远，使测量系统的体积增大，不便于测量，通过对激光器2进行光束变换，拉近其束腰位置，节省工作距离，由于其具有快慢轴之分，快慢轴的光斑宽度以及束腰位置不一样，因此需要分别对激光器2的快轴和慢轴的光斑参数进行分析。
本实施例的具体操作步骤如下：
将光束变换装置4、组合衰减片5、数字相机6沿所述激光器2发出光束的传播方向顺次放置，所有器件同光轴。数字相机4通过USB与光斑观测仪7相连接。用激光夹持卡具3固定激光器2，点亮激光器2，调节激光夹持卡具3，使激光器2与光束变换装置4、组合衰减片5、数字相机6同光轴，并且入射到数字相机6的靶面上，激光器2与光束变换装置4之间的距离根据光束变换后要得到的光束宽度与束腰位置来确定，使通过光束变换装置4的光束垂直打到数字相机6的靶面上，通过光斑观测仪7观察并记录光斑宽度，沿光轴移动数字相机6的位置，通过光斑观测仪7找到光束变换后的束腰位置，并记录束腰宽度，在光束变换后的束腰位置前后以及较远距离处使用数字相机6分别测量几组光斑宽度；通过光斑观测仪7上的软件分别对测量得到的快轴光斑宽度以及慢轴光斑宽度进行分析，得到光斑光束质量的参数：束腰位置、束腰宽度、发散角、M2因子、瑞利长度以及二维光强分布、三维显示图等。
Claims (8)
1.一种新型激光测试教学实验系统，其特征包括激光控制电源、激光器、激光夹持卡具、光束变换装置、组合衰减片、数字相机、光斑观测仪；所述光束变换装置、组合衰减片、数字相机沿激光器发出光束的传播方向依次放置，所有器件同光轴；激光控制电源与激光器相连用于提供驱动电流，数字相机通过USB与光斑观测仪相连用于传输数据；其中所述光束变换装置，既可将激光器的束腰位置拉在可测量位置，方便于测量或者节省工作距离，也可通过光束变换对激光器进行准直，使其输出为准直光束。
2.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的光束变换装置可以是单片透镜也可以是多片透镜组成的透镜组。
3.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的激光控制电源用于驱动并控制激光器。
4.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的激光器可以是多种类型的激光器。
5.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的激光夹持卡具用于夹持激光器，可根据不同种类的激光器进行选择。
6.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的组合衰减片对激光光强具有均匀衰减作用。
7.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的数字相机相对于光束变换装置的距离可沿光轴改变，优选CCD相机或COMS相机。
8.根据权利要求书1所述的激光测试教学实验系统，其特征在于所述的光斑观测仪具有光斑分析功能，可以分析并显示光斑参数：束腰位置、束腰宽度、远场发散角、M2因子以及瑞利长度等。
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| CN201620225933.5U CN205751325U (zh) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | 一种新型激光测试教学实验系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108287060A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-07-17 | 西安应用光学研究所 | 一种激光发散角的测量装置及方法 |
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2016
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