JP2540430B2 - Laser beam condensing characteristics measuring device - Google Patents

Laser beam condensing characteristics measuring device

Info

Publication number
JP2540430B2
JP2540430B2 JP5026484A JP2648493A JP2540430B2 JP 2540430 B2 JP2540430 B2 JP 2540430B2 JP 5026484 A JP5026484 A JP 5026484A JP 2648493 A JP2648493 A JP 2648493A JP 2540430 B2 JP2540430 B2 JP 2540430B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
measured
hadamard
intensity
measuring means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP5026484A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06241891A (en
Inventor
英夫 田代
明良 常見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority to JP5026484A priority Critical patent/JP2540430B2/en
Publication of JPH06241891A publication Critical patent/JPH06241891A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2540430B2 publication Critical patent/JP2540430B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高出力レーザー、特に
赤外域のパルスレーザーにおいて、レーザービームの焦
点位置、集光径、ビーム拡がり角、ビームスポットサイ
ズ等の集光特性を測定するためのレーザービームの集光
特性測定装置に関する。特に、これらの値を高速にかつ
精度よく測定することを要求されるレーザービームの集
光特性測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-power laser, in particular, a pulse laser in the infrared region, for measuring a light-collecting characteristic such as a focal position, a light-collecting diameter, a beam divergence angle and a beam spot size of a laser beam. The present invention relates to a laser beam focusing characteristic measuring device. In particular, the present invention relates to a laser beam focusing characteristic measuring device which is required to measure these values at high speed and with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザービームの空間強度分布の
測定は、低出力レーザーの場合は、CCDや焦電型素子
のような1次元または2次元的に素子が配列しているも
のが用いられてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the measurement of the spatial intensity distribution of a laser beam, in the case of a low-output laser, a device in which elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, such as a CCD or a pyroelectric element, is used. Have been.

【0003】しかし、高出力レーザー、特に赤外域のパ
ルスレーザーの空間強度分布の測定には、直接高強度入
力が可能で、信頼性の高いピンホールスキャンニング法
が多く用いられている。このピンホールスキャンニング
法では、エネルギー検出器の前に小さなピンホールを穿
設したピンホールプレートを置くことによって、エネル
ギー検出器に到達するレーザービームのエネルギーを制
限し、このエネルギー検出器とピンホールプレートとを
一体化してレーザービームに対して垂直方向に移動し、
その位置ごとにピンホールを透過したエネルギーを測定
する。
[0003] However, in order to measure the spatial intensity distribution of a high-power laser, particularly a pulse laser in the infrared region, a highly reliable pinhole scanning method capable of directly inputting a high intensity is often used. In this pinhole scanning method, the energy of the laser beam reaching the energy detector is limited by placing a pinhole plate with a small pinhole in front of the energy detector. Integrate with the plate and move vertically to the laser beam,
The energy transmitted through the pinhole is measured for each position.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たピンホールスキャンニング法では、小さなピンホール
を光軸に対して少しずつ移動していくため、データのサ
ンプリング数を増やして高精度の測定を行うためには、
多くの時間を要するという問題があった。
However, in the above-described pinhole scanning method, since a small pinhole is moved little by little with respect to the optical axis, a high-precision measurement is performed by increasing the number of data samplings. In order to
There was a problem that it took a lot of time.

【0005】ピンホールスキャンニングをステッピング
モータを用いて行い、さらにこれをコンピュータによっ
てレーザーパルスに同期して制御することにより測定時
間をある程度短縮することはできるが、ピンホールによ
る1点毎の測定では測定の高速化において本質的な限界
があった。
Although the pinhole scanning is performed by using a stepping motor and further controlled by a computer in synchronization with the laser pulse, the measurement time can be reduced to some extent. There are inherent limitations in speeding up the measurement.

【0006】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、レーザービームの集光特性を、従来に較
べて短時間で高精度に測定することのできるレーザービ
ームの集光特性測定装置を提供しようとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a laser beam focusing characteristic measurement method capable of measuring the laser beam focusing characteristics in a shorter time and with higher accuracy than in the past. It is intended to provide a device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項1記載
の本発明のレーザービームの集光特性測定装置は、被測
定レーザービームの強度を測定するレーザービーム強度
測定手段と、前記レーザービーム強度測定手段の前方に
配設され、アダマール行列の行列要素に従ってスリット
が配列されたアダマール配列型スリットと、前記アダマ
ール配列型スリットを、前記被測定レーザービームのビ
ーム径方向に走査するように移動させる駆動手段とを備
えたことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a laser beam focusing characteristic measuring apparatus for measuring the intensity of a laser beam to be measured, and the laser beam intensity measuring device. A Hadamard-array-type slit in which slits are arranged in accordance with matrix elements of a Hadamard matrix, and driving means for moving the Hadamard-array slit so as to scan in the beam radial direction of the laser beam to be measured. And characterized in that:

【0008】また、請求項2記載の本発明のレーザービ
ームの集光特性測定装置は、被測定レーザービームを導
入するレーザービーム導入手段と、前記レーザービーム
導入手段によって導入された被測定レーザービームを集
光する集光手段と、前記集光手段とこの集光手段による
集光点との間の前記被測定レーザービームの光路上に間
隔を設けて配置された少なくとも2つのレーザービーム
強度測定手段と、前記レーザービーム強度測定手段の前
方にそれぞれ配設され、アダマール行列の行列要素に従
ってスリットが配列されたアダマール配列型スリット
と、前記アダマール配列型スリットを、前記被測定レー
ザービームのビーム径方向に走査するように移動させる
駆動手段と、前記被測定レーザービームの強度を測定
し、被測定レーザービームの強度変動をモニターするた
めのモニター用レーザービーム強度測定手段と、前記被
測定レーザービームを分割して、レーザービーム強度測
定手段および前記モニター用レーザービーム強度測定手
段に入射させるビームスプリッターと、前記レーザービ
ーム強度測定手段および前記モニター用レーザービーム
強度測定手段の測定結果から、前記被測定レーザービー
ムの焦点位置および集光径を算出する演算手段とを備え
たことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser beam focusing characteristic measuring apparatus for introducing a laser beam to be measured, and a laser beam to be measured introduced by the laser beam introducing means. Focusing means for focusing, and at least two laser beam intensity measuring means arranged at intervals on the optical path of the laser beam to be measured between the focusing means and a focal point by the focusing means; A Hadamard array-type slit in which slits are arranged in accordance with matrix elements of a Hadamard matrix, respectively, arranged in front of the laser beam intensity measuring means, and scan the Hadamard-array slit in the beam radial direction of the laser beam to be measured. Driving means for moving the laser beam to be measured, and measuring the intensity of the laser beam to be measured. A monitoring laser beam intensity measuring means for monitoring fluctuations in the intensity of the beam, a beam splitter for dividing the laser beam to be measured, and entering the laser beam intensity measuring means and the monitoring laser beam intensity measuring means; A calculating means for calculating a focal position and a condensing diameter of the laser beam to be measured from measurement results of the laser beam intensity measuring means and the monitoring laser beam intensity measuring means.

【0009】すなわち、本発明ではデータの測定を1点
毎に順番に行うのではなく、アダマール行列を反映した
スリットによってデータの取り込みをマルチプレックス
化した。これは、同時にいくつかのデータをまとめて取
り込むことによって測定時間を短縮化できる。また、測
定を完了した後、データにアダマール変換を施すことに
より、1点毎にピンホールで取るデータと同じ結果が得
られる。
That is, in the present invention, data acquisition is multiplexed by slits reflecting a Hadamard matrix, instead of measuring data sequentially for each point. This can reduce the measurement time by simultaneously capturing several data. After the measurement is completed, the data is subjected to Hadamard transform, so that the same result as the data obtained by pinhole for each point can be obtained.

【0010】[0010]

【作用】従来から、信号(光強度)が非常に弱い場合
や、検出器感度が非常に弱い場合の分光測定において、
アダマール行列の行列要素に従ってスリットが配列され
たアダマール配列型スリットを用いてS/N比を向上さ
せる方法が知られている(「R.Horiba,Y.Okazaki and
K.Nagasaka:Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)3469. 」参
照)。
[Effect] Conventionally, in a case where a signal (light intensity) is very weak or a detector sensitivity is very weak, in a spectroscopic measurement,
A method of improving the S / N ratio by using a Hadamard array type slit in which slits are arranged according to matrix elements of a Hadamard matrix is known (see “R. Horiba, Y. Okazaki and
K. Nagasaka: Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) 3469. ").

【0011】本発明のレーザービームの集光特性測定装
置は、このアダマール配列型スリットを用いてレーザー
ビームの集光特性を、短時間で高精度に測定するもので
ある。以下、その測定原理について説明する。
The laser beam focusing characteristic measuring apparatus of the present invention measures the laser beam focusing characteristics in a short time with high accuracy by using this Hadamard array type slit. Hereinafter, the measurement principle will be described.

【0012】光の強度分布を、空間方向にn個の要素x
i に分解し、それに対応するn個の観測値をyi 、およ
び各回の測定誤差をei とする。これらの値をn行の縦
ベクトルX、Y、Eで表すと、それらの間には、 Y=AX+E (1) の関係がある。ここで、Aはn×nのマスク行列と呼ば
れ、これが単位行列Iのときが単純なピンホールスキャ
ンニングに対応し、xi とyi が1対1に対応してい
る。
The intensity distribution of light is represented by n elements x in the spatial direction.
It is decomposed into i , the corresponding n observations are denoted by y i , and the measurement error of each time is denoted by e i . When these values are represented by vertical vectors X, Y, and E of n rows, there is a relationship of Y = AX + E (1) therebetween. Here, A is called an n × n mask matrix. When this is a unit matrix I, it corresponds to simple pinhole scanning, and x i and y i correspond one-to-one.

【0013】これに対して、測定をマルチプレックス化
し、xi からxn を全て独立して測定するのではなく、
適当な組み合わせにして測定を行った方が誤差を低減
し、測定時間を短縮化し、さらに測定器のダイナミック
レンジも狭くてすむようになる。このマスク行列を最適
化したものがアダマール行列から得られるS行列と呼ば
れるものである。(n+1)×(n+1)のアダマール
行列Hと全ての要素が1からなる行列Bから次式で得ら
れる行列S´、 S´=(1/2)(B−H) (2) において、第1行および第1列を取り去ったn×nの行
列がS行列であり、要素は全て0または1からなる。
On the other hand, instead of multiplexing the measurements and measuring all of x i to x n independently,
Performing the measurement in an appropriate combination reduces errors, shortens the measurement time, and narrows the dynamic range of the measuring instrument. An optimized version of this mask matrix is called an S matrix obtained from a Hadamard matrix. In a matrix S ′, S ′ = (1 /) (B−H) (2) obtained from the following formula from a (n + 1) × (n + 1) Hadamard matrix H and a matrix B in which all elements are 1: An n × n matrix with one row and the first column removed is the S matrix, and all elements are 0 or 1.

【0014】0に対応する位置はマスクされ、測定器に
光が到達しないようにし、1に対応する位置は、光が到
達するようにスリット(ピンホール)が配置されたアダ
マール配列型スリットを用いれば、観測値yi は、S行
列を反映してxi からxn のうちいくつかの和として検
出されるようになる。
A position corresponding to 0 is masked to prevent light from reaching the measuring instrument, and a position corresponding to 1 is a Hadamard array type slit in which a slit (pinhole) is arranged so that light reaches. For example, the observation value y i is detected as a sum of some of x i to x n reflecting the S matrix.

【0015】実際のレーザー光の強度分布ベクトルは、
観測値ベクトルYにS行列の逆行列S-1をかけることに
よって得られる。
The actual laser light intensity distribution vector is
It is obtained by multiplying the observation value vector Y by the inverse matrix S −1 of the S matrix.

【0016】このようにして本発明では、nケ所の強度
分布測定の場合、単純なピンホールスキャンニングに比
べて、平均二乗誤差は4n/(n+1)2 に低減され
る。この場合ピンホールスキャンニングで同等の誤差に
なるように測定を行おうとすると、データの取り込み回
数mを(n+1)2 /4n倍にしなければならない。し
たがって、本発明によれば、同程度の精度の結果を得る
場合について比較すれば、ピンホールスキャンニングの
場合に比べて、測定時間が4n/(n+1)2 に短縮さ
れることになる。
As described above, according to the present invention, when measuring the intensity distribution at n places, the mean square error is reduced to 4n / (n + 1) 2 as compared with simple pinhole scanning. In this case, if the measurement is to be performed to obtain the same error in the pinhole scanning, the number m of data acquisition must be increased to (n + 1) 2 / 4n times. Therefore, according to the present invention, the measurement time is reduced to 4n / (n + 1) 2 as compared with the case of the pinhole scanning when a result of the same accuracy is obtained.

【0017】例えば、60カ所の測定点を測定する場
合、レーザーパルスが1Hzで動作していたとすると、
アダマール配列型スリットを用いれば60秒=1分で測
定が完了する。これと同等の精度をピンホールスキャン
ニングで得ようとすると1カ所でのデータの取り込み回
数を(60+1)2 /(4×60)=16回ずつ行わな
ければならない。従って測定時間は60×16=960
秒=16分かかることになる。すなわち、この場合、ア
ダマール配列型スリットを用いればピンホールスキャン
ニングによる場合に較べて1/16の時間で測定を行う
ことができることになる。
For example, when measuring 60 measurement points, assuming that the laser pulse is operating at 1 Hz,
If the Hadamard array type slit is used, the measurement is completed in 60 seconds = 1 minute. In order to obtain the same precision as this by pinhole scanning, the number of times of capturing data at one location must be 16 (60 + 1) 2 / (4 × 60) = 16 times. Therefore, the measurement time is 60 × 16 = 960
Seconds = 16 minutes. That is, in this case, the measurement can be performed in 1/16 of the time using the Hadamard array type slit as compared with the case using the pinhole scanning.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1は、本実施例のレーザービームの集光
特性測定装置における空間強度分布測定部の構成を示す
もので、図2はこの装置に用いたアダマール配列型スリ
ットの構成を模式的に示すものである。
FIG. 1 shows a configuration of a spatial intensity distribution measuring unit in the laser beam focusing characteristic measuring apparatus of the present embodiment. FIG. 2 schematically shows a configuration of a Hadamard array type slit used in this apparatus. It is shown.

【0020】図2に示すように、アダマール配列型スリ
ット10は、同図の上部に示した7×7のS行列の行列
要素を反映して、0に対応する位置はマスクされてお
り、1に対応する位置には、スリット(ピンホール)1
1が配置された構成となっている。
As shown in FIG. 2, the position corresponding to 0 is masked in the Hadamard array type slit 10, reflecting the matrix element of the 7 × 7 S matrix shown in the upper part of FIG. In the position corresponding to, the slit (pinhole) 1
1 is arranged.

【0021】すなわち、このアダマール配列型スリット
10には、図中下部に矢印1〜7で示す範囲に、上部の
S行列の1〜7行(または列)の行列要素にそれぞれ対
応したスリット11およびマスク部(スリット11が形
成されていない部位)が形成されている。
That is, the Hadamard array type slit 10 has slits 11 and 11 corresponding to the matrix elements of 1 to 7 rows (or columns) of the upper S matrix in the range shown by arrows 1 to 7 at the bottom in the figure. A mask portion (a portion where the slit 11 is not formed) is formed.

【0022】このように構成されたアダマール配列型ス
リット10は、図1に示すように、レーザービームLの
強度を測定するレーザービーム強度測定手段としてのエ
ネルギーメーター12の前方に、エネルギーメーター1
2へのレーザービームLの入射を制限するように配置さ
れている。また、このアダマール配列型スリット10に
は駆動機構13が接続されており、コンピュータ14か
らの指令信号に基づいて、S行列の1行列要素に対応し
た距離ずつステップ状に、図中矢印で示す所定方向に移
動されるように構成されている。なお、同図において1
5は、レーザービームLの入射領域を、アダマール配列
型スリット10の所定の領域に制限するマスクである。
As shown in FIG. 1, the Hadamard array type slit 10 constructed as described above is provided with an energy meter 1 in front of an energy meter 12 as a laser beam intensity measuring means for measuring the intensity of the laser beam L.
2 is arranged so as to limit the incidence of the laser beam L on the laser beam 2. Further, a drive mechanism 13 is connected to the Hadamard-array slit 10 and, based on a command signal from a computer 14, a predetermined distance indicated by an arrow in the drawing in steps corresponding to one matrix element of the S matrix. It is configured to be moved in the direction. Note that in FIG.
Reference numeral 5 denotes a mask for limiting the incident area of the laser beam L to a predetermined area of the Hadamard array type slit 10.

【0023】上記エネルギーメーター12としては、例
えばセンサーフィジックス社製のカロリーメータ等を用
いることができ、このエネルギーメーター12による測
定信号は、図示しない増幅器、A/Dコンバータ等を介
してコンピュータ14に入力され、データ処理および記
憶されるよう構成されている。また、コンピュータ14
には、図示しないレーザー発生装置からの制御信号が入
力され、パルス状に射出されるレーザービームLの射出
タイミングに応じてアダマール配列型スリット10の移
動制御およびデータ収集が行われるよう構成されてい
る。
As the energy meter 12, for example, a calorimeter manufactured by Sensor Physics Co., Ltd. can be used, and a signal measured by the energy meter 12 is input to a computer 14 via an amplifier, an A / D converter and the like (not shown). And configured to process and store data. Computer 14
Is configured to receive a control signal from a laser generator (not shown), and perform movement control and data collection of the Hadamard array type slit 10 in accordance with the emission timing of the laser beam L emitted in a pulse shape. .

【0024】上記構成のこの実施例の装置では、エネル
ギーメーター12によって、一度にS行列の7つの行列
要素に対応した位置のレーザービームLの強度の和の測
定が実行される。そして、このような測定をアダマール
配列型スリット10をステップ状に移動させながら最低
7回行うことによって、図3に示すような観測ベクトル
Yが得られ、この観測ベクトルYにS行列の逆行列S-1
を作用させることによって、図4に示すような分布ベク
トルX(レーザービームLの空間強度分布を示す)を得
ることができる。
In the apparatus of this embodiment having the above configuration, the energy meter 12 measures the sum of the intensities of the laser beams L at positions corresponding to the seven matrix elements of the S matrix at a time. By performing such a measurement at least seven times while moving the Hadamard array type slit 10 in a step-like manner, an observation vector Y as shown in FIG. 3 is obtained. -1
, A distribution vector X (showing the spatial intensity distribution of the laser beam L) as shown in FIG. 4 can be obtained.

【0025】したがって、例えば、ピンホールスキャン
ニングで1カ所あたり10回、合計70回の測定を行っ
た場合と比較すると、本実施例では、アダマール配列型
スリット10の1つの位置についてそれぞれ4回、合計
28回の測定を行うだけで同じ精度の測定を行うことが
できる。
Therefore, in this embodiment, for example, four times for one position of the Hadamard array type slit 10 in comparison with the case where the measurement is performed 70 times in total, 10 times per one place by the pinhole scanning. The measurement with the same accuracy can be performed only by performing a total of 28 measurements.

【0026】レーザービームの焦点位置、集光径、ビー
ム拡がり角、ビームスポットサイズ等の集光特性を知る
ためには、上述したレーザービームLの空間強度分布
を、光源からの距離が異なる少なくとも2カ所で測定す
る必要がある。図5は、このような複数点での測定を同
時に行って、集光特性を求める実施例装置の構成を示す
ものである。
In order to know the focusing characteristics such as the focal position of the laser beam, the focusing diameter, the beam divergence angle, and the beam spot size, the spatial intensity distribution of the laser beam L must be at least two different distances from the light source. It is necessary to measure at several places. FIG. 5 shows a configuration of an embodiment of the apparatus for obtaining light condensing characteristics by simultaneously performing measurements at such a plurality of points.

【0027】同図に示すように、この実施例の装置に
は、レーザービームLを装置内に導入するためのレーザ
ービーム導入ミラー21が設けられている。このレーザ
ービーム導入ミラー21は、金属ミラーまたはビームス
プリッターから構成されており、支持棒22に保持され
ている。
As shown in FIG. 1, the apparatus of this embodiment is provided with a laser beam introducing mirror 21 for introducing a laser beam L into the apparatus. The laser beam introducing mirror 21 is formed of a metal mirror or a beam splitter, and is held by a support rod 22.

【0028】上記支持棒22は、装置内に導入されたレ
ーザービームLが最初に反射されるMo(モリブデン)
ミラー23に接続されており、この支持棒22には、レ
ーザービーム導入ミラー21とMoミラー23との距離
を示す指標が設けられている。また、レーザービーム導
入ミラー21は、Moミラー23に対して自由に角度を
振れるように構成されており、レーザービームLと装置
との位置関係を柔軟に設定できるようになっている。
The support rod 22 is made of Mo (molybdenum) from which the laser beam L introduced into the apparatus is first reflected.
The support rod 22 is connected to a mirror 23, and is provided with an index indicating the distance between the laser beam introducing mirror 21 and the Mo mirror 23. Further, the laser beam introducing mirror 21 is configured to freely swing an angle with respect to the Mo mirror 23, so that the positional relationship between the laser beam L and the device can be set flexibly.

【0029】上記レーザービーム導入ミラー21によっ
て装置内に導入されたレーザービームLは、Moミラー
23およびMoミラー24で反射され、アパーチャー2
5を通って、KClビームスプリッター26に導かれ
る。なお、これらのMoミラー23およびMoミラー2
2は、ビームのアライメントを行うためのものである。
KClビームスプリッター26に導かれた、レーザービ
ームLは、ここでその一部が取り出され、エネルギーモ
ニター用エネルギーメーター27に導入される。このエ
ネルギーモニター用エネルギーメーター27は、入射す
るレーザービームLのパルスのエネルギーをモニター
し、エネルギーのばらつきを較正するためのものであ
る。
The laser beam L introduced into the apparatus by the laser beam introducing mirror 21 is reflected by the Mo mirror 23 and the Mo mirror 24, and is reflected by the aperture 2.
5 and is led to a KCl beam splitter 26. The Mo mirror 23 and the Mo mirror 2
Reference numeral 2 is for performing beam alignment.
Here, a part of the laser beam L guided to the KCl beam splitter 26 is taken out and introduced into an energy meter 27 for energy monitoring. The energy monitor energy meter 27 monitors the energy of the pulse of the incident laser beam L and calibrates the energy variation.

【0030】一方、KClビームスプリッター26を通
過したレーザービームLは、次に曲率半径4mの凹面鏡
28に入射し、集光される。この凹面鏡28によって集
光されるレーザービームLの光路上には、ZnSe板か
らなるビームスプリッター29、Moミラー30、アパ
ーチャー31、Moミラー32がこの順で配置されてい
る。
On the other hand, the laser beam L that has passed through the KCl beam splitter 26 is incident on a concave mirror 28 having a radius of curvature of 4 m and is collected. On the optical path of the laser beam L condensed by the concave mirror 28, a beam splitter 29 made of a ZnSe plate, a Mo mirror 30, an aperture 31, and a Mo mirror 32 are arranged in this order.

【0031】上記ビームスプリッター29は、反射と透
過が50%−50%となるように設定されており、50
%のレーザービームLを90度下方に向けて反射するよ
う設定されている。このビームスプリッター29の下方
には、前述した実施例と同様に構成されたアダマール配
列型スリット10、エネルギーメーター12、駆動機構
13、マスク15等が配置されており、ビームスプリッ
ター29によって下方に向けて反射されたレーザービー
ムLの空間強度分布を測定するよう構成されている。
The beam splitter 29 is set so that the reflection and transmission are 50% -50%.
% Of the laser beam L is reflected downward by 90 degrees. Below the beam splitter 29, a Hadamard array type slit 10, an energy meter 12, a driving mechanism 13, a mask 15, and the like, which are configured in the same manner as in the above-described embodiment, are arranged. It is configured to measure the spatial intensity distribution of the reflected laser beam L.

【0032】また、Moミラー32も、レーザービーム
Lを90度下方に向けて反射するよう設定されており、
その下方には、前述した実施例と同様に構成されたアダ
マール配列型スリット10、エネルギーメーター12、
駆動機構13、マスク15等が配置されており、ビーム
スプリッター29によって下方に向けて反射されたレー
ザービームLの空間強度分布を測定するよう構成されて
いる。
The Mo mirror 32 is also set so as to reflect the laser beam L downward by 90 degrees.
Below that, a Hadamard array type slit 10, an energy meter 12, and a
The drive mechanism 13, the mask 15, and the like are arranged, and are configured to measure the spatial intensity distribution of the laser beam L reflected downward by the beam splitter 29.

【0033】すなわち、凹面鏡28によって反射された
直後において、ビームスプリッター29の下方部位でレ
ーザービームLの空間強度分布を測定し、これととも
に、集光点の直前のMoミラー32の下方部位でレーザ
ービームLの空間強度分布を測定するように構成されて
いる。
That is, immediately after being reflected by the concave mirror 28, the spatial intensity distribution of the laser beam L is measured below the beam splitter 29, and at the same time, the laser beam L is measured below the Mo mirror 32 immediately before the focal point. It is configured to measure the spatial intensity distribution of L.

【0034】これらの測定信号は、図示しない増幅器、
A/Dコンバータ等を介して図1に示したコンピュータ
14に入力され、以下のようにして集光特性を算出す
る。
These measurement signals are supplied to an amplifier (not shown)
The light is input to the computer 14 shown in FIG. 1 via an A / D converter and the like, and the light-collecting characteristics are calculated as follows.

【0035】すなわち、コンピュータ14では、まず、
上記2点での測定信号と、エネルギーモニター用エネル
ギーメーター27からの測定信号に基づいて、最小二乗
法によりガウス曲線、すなわち I=I0 exp[−{(r−r0 )/ω}2 ] に回帰させ、2つの測定点におけるスポットサイズωを
算出する。
That is, in the computer 14, first,
Based on the measurement signals at the above two points and the measurement signal from the energy meter 27 for energy monitoring, a Gaussian curve is obtained by the least square method, that is, I = I 0 exp [− {(rr− 0 ) / ω} 2 ]. And the spot size ω at the two measurement points is calculated.

【0036】ここで、Iは空間分布における半径方向の
座標rの強度、r0 はレーザービームLの中心の座標、
0 はレーザービームLの中心の強度を表す。
Where I is the intensity of the radial coordinate r in the spatial distribution, r 0 is the coordinate of the center of the laser beam L,
I 0 represents the intensity at the center of the laser beam L.

【0037】次に、レーザービームLの焦点位置と集光
径を、上述したように2か所で測定したビーム径ωの変
化から求める。すなわち、レーザービーム(波長λ)の
光路における異なる2点(位置z)においてビーム径ω
を求めることにより、ガウシアンビームの伝搬特性を記
述する式、 ω2 =ω0 2 [1+{λ(z−z0 )/(πω0 2 )}
2 ] を用いて、レーザービームの集光径ω0 、およびその集
光位置z0 を得る。
Next, the focal position and the condensing diameter of the laser beam L are obtained from the change in the beam diameter ω measured at two places as described above. That is, the beam diameter ω at two different points (position z) in the optical path of the laser beam (wavelength λ)
By calculating the equation, ω 2 = ω 0 2 [1+ {λ (z−z 0 ) / (πω 0 2 )}
2 ] is used to obtain the focused diameter ω 0 of the laser beam and its focused position z 0 .

【0038】次に、レーザービームの波面の曲率を表す
式、 R=(z−z0 )[1+{πω0 2 /(λ(z−
0 ))}2 ] に代入することによって、波面の曲率Rからレーザービ
ームの発散角を計算し、凹面鏡28の前後でレーザービ
ームLの曲率半径が変化するため、実際の光路上でのレ
ーザービームの曲率半径Rを、 1/R=(1/Rm )−(1/f) の関係を使って、装置内の曲率半径Rm から換算しなお
す。なお、fは凹面鏡28の焦点距離を表す。
Next, an equation representing the curvature of the wavefront of the laser beam is as follows: R = (z−z 0 ) [1+ {πω 0 2 / (λ (z−
z 0 ))} 2 ], the divergence angle of the laser beam is calculated from the curvature R of the wavefront, and the radius of curvature of the laser beam L changes before and after the concave mirror 28. the radius of curvature R of the beam, 1 / R = (1 / R m) - with the relationship (1 / f), re-converted from the radius of curvature R m in the device. Note that f represents the focal length of the concave mirror 28.

【0039】以上のように構成された本実施例の装置
は、前述した実施例と同様な効果を得ることができると
ともに、レーザーパルスに同期させて走査しつつ同時に
2か所でレーザービームLの空間強度分布の測定を行う
ので、高速にレーザービームの集光特性を測定すること
ができる。また、凹面鏡28を用いてレーザービームL
を集光し、ビーム径変化の大きい2点で空間強度分布
(ビームプロファイル)を測定するので、装置を小形化
することができ、かつ、高精度な測定を行うことができ
る。
The apparatus according to this embodiment having the above-described structure can obtain the same effects as those of the above-described embodiment, and simultaneously scans the laser beam L at two places while scanning in synchronization with the laser pulse. Since the measurement of the spatial intensity distribution is performed, it is possible to measure the focusing characteristics of the laser beam at high speed. Further, the laser beam L using the concave mirror 28 is used.
Is condensed and the spatial intensity distribution (beam profile) is measured at two points where the beam diameter changes greatly, so that the apparatus can be downsized and highly accurate measurement can be performed.

【0040】さらに、広帯域なエネルギーメーターおよ
び光学材料を最適化することにより、紫外から赤外の広
い波長域のレーザービームの集光特性の測定を行うこと
ができるとともに、広範なエネルギーレベルのレーザー
ビームを直接測定することができ、遠赤外の高出力レー
ザーであるCO2 レーザー等の測定に好適である。
Further, by optimizing a wideband energy meter and an optical material, it is possible to measure the focusing characteristics of a laser beam in a wide wavelength range from ultraviolet to infrared, and to measure a laser beam having a wide range of energy levels. Can be measured directly, and is suitable for measurement of a CO 2 laser or the like which is a high-intensity laser of far infrared rays.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザー
ビームの集光特性測定装置によれば、レーザービームの
集光特性を、従来に較べて短時間で高精度に測定するこ
とができる。
As described above, according to the laser beam condensing characteristic measuring apparatus of the present invention, the laser beam condensing characteristics can be measured in a shorter time and with higher accuracy than in the prior art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のレーザービームの集光特性
測定装置における空間強度分布測定部の構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a spatial intensity distribution measuring unit in a laser beam focusing characteristic measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のレーザービームの集光特性測定装置に用
いたアダマール配列型スリットの構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a Hadamard array type slit used in the laser beam focusing characteristic measuring apparatus of FIG.

【図3】図2のレーザービームの集光特性測定装置によ
って観察されたレーザービーム強度の例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a laser beam intensity observed by the laser beam focusing characteristic measuring apparatus of FIG. 2;

【図4】レーザービームの空間強度分布の例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a spatial intensity distribution of a laser beam.

【図5】本発明の実施例のレーザービームの集光特性測
定装置の全体の構成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of a laser beam focusing characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 アダマール配列型スリット 11 スリット 12 エネルギーメーター 13 駆動機構 14 コンピュータ 15 マスク L レーザービーム Reference Signs List 10 Hadamard array type slit 11 Slit 12 Energy meter 13 Drive mechanism 14 Computer 15 Mask L Laser beam

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定レーザービームの強度を測定する
レーザービーム強度測定手段と、 前記レーザービーム強度測定手段の前方に配設され、ア
ダマール行列の行列要素に従ってスリットが配列された
アダマール配列型スリットと、 前記アダマール配列型スリットを、前記被測定レーザー
ビームのビーム径方向に走査するように移動させる駆動
手段とを備えたことを特徴とするレーザービームの集光
特性測定装置。
A laser beam intensity measuring means for measuring the intensity of a laser beam to be measured; and a Hadamard array type slit disposed in front of the laser beam intensity measuring means and having slits arranged according to matrix elements of a Hadamard matrix. And a driving means for moving the Hadamard-array-type slit so as to scan in the beam diameter direction of the laser beam to be measured.
【請求項2】 被測定レーザービームを導入するレーザ
ービーム導入手段と、 前記レーザービーム導入手段によって導入された被測定
レーザービームを集光する集光手段と、 前記集光手段とこの集光手段による集光点との間の前記
被測定レーザービームの光路上に間隔を設けて配置され
た少なくとも2つのレーザービーム強度測定手段と、 前記レーザービーム強度測定手段の前方にそれぞれ配設
され、アダマール行列の行列要素に従ってスリットが配
列されたアダマール配列型スリットと、 前記アダマール配列型スリットを、前記被測定レーザー
ビームのビーム径方向に走査するように移動させる駆動
手段と、 前記被測定レーザービームの強度を測定し、被測定レー
ザービームの強度変動をモニターするためのモニター用
レーザービーム強度測定手段と、 前記被測定レーザービームを分割して、レーザービーム
強度測定手段および前記モニター用レーザービーム強度
測定手段に入射させるビームスプリッターと、 前記レーザービーム強度測定手段および前記モニター用
レーザービーム強度測定手段の測定結果から、前記被測
定レーザービームの焦点位置および集光径を算出する演
算手段とを備えたことを特徴とするレーザービームの集
光特性測定装置。
2. A laser beam introducing means for introducing a laser beam to be measured, a condensing means for condensing the laser beam to be measured introduced by the laser beam introducing means, a condensing means, and the condensing means. At least two laser beam intensity measuring means arranged at intervals on an optical path of the laser beam to be measured between a focal point and a laser beam intensity measuring means; A Hadamard array-type slit in which slits are arranged according to matrix elements; a driving unit for moving the Hadamard-array slit so as to scan in the beam radial direction of the laser beam to be measured; and measuring the intensity of the laser beam to be measured. And monitor laser beam intensity to monitor the intensity variation of the measured laser beam. Measuring means, a beam splitter for dividing the laser beam to be measured and entering the laser beam intensity measuring means and the monitoring laser beam intensity measuring means, the laser beam intensity measuring means and the monitoring laser beam intensity measuring means Calculating means for calculating a focal position and a converging diameter of the laser beam to be measured from the measurement result of (1).
JP5026484A 1993-02-16 1993-02-16 Laser beam condensing characteristics measuring device Expired - Lifetime JP2540430B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5026484A JP2540430B2 (en) 1993-02-16 1993-02-16 Laser beam condensing characteristics measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5026484A JP2540430B2 (en) 1993-02-16 1993-02-16 Laser beam condensing characteristics measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06241891A JPH06241891A (en) 1994-09-02
JP2540430B2 true JP2540430B2 (en) 1996-10-02

Family

ID=12194779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5026484A Expired - Lifetime JP2540430B2 (en) 1993-02-16 1993-02-16 Laser beam condensing characteristics measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2540430B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109856058A (en) * 2019-04-10 2019-06-07 河北大学 A kind of high-resolution real-time polarization spectral analysis device and method

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4853961B2 (en) * 2006-10-05 2012-01-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Beam divergence angle measuring device
JP5032952B2 (en) * 2007-11-26 2012-09-26 駿河精機株式会社 Measurement method of curvature of luminous flux wavefront
US8824514B2 (en) * 2010-11-09 2014-09-02 Kla-Tencor Corporation Measuring crystal site lifetime in a non-linear optical crystal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
応用分光学ハンドブック(朝倉書店)PP.675−676

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109856058A (en) * 2019-04-10 2019-06-07 河北大学 A kind of high-resolution real-time polarization spectral analysis device and method
CN109856058B (en) * 2019-04-10 2021-10-08 河北大学 High-resolution real-time polarization spectrum analysis device and method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06241891A (en) 1994-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5493391A (en) One dimensional wavefront distortion sensor comprising a lens array system
US10245683B2 (en) Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics
US5159412A (en) Optical measurement device with enhanced sensitivity
JP5092104B2 (en) Spectrometer and spectroscopic method
US5382789A (en) Near field scanning optical microscope
US20080144043A1 (en) Apparatus for wavefront detection
CN108562547B (en) Laser crystal thermal stress birefringence coefficient measuring device and method thereof
CN104515748B (en) A kind of terahertz time-domain spectroscopy instrument based on femtosecond laser
US9766182B2 (en) Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) apparatus with dual CCD spectrometer
US20030206288A1 (en) Laser beam multimeter
US6547395B1 (en) Methods of measuring moving objects and reducing exposure during wavefront measurements
JP2540430B2 (en) Laser beam condensing characteristics measuring device
US4893024A (en) Apparatus for measuring the thickness of a thin film with angle detection means
JPH0694605A (en) Spectral photographing device using pulse electromagnetic wave source and interferometer
US6930780B2 (en) Method for taking a spatially resolved spectrum by means of a fourier-transform (FT)-spectrometer and such spectrometer
JP2004271365A (en) Aberration-measuring apparatus, aberration-measuring method, optical head rigging apparatus, and optical head adjusting method
US20060186312A1 (en) Apparatus and method for optical wavefront analysis using active light modulation
JP3491464B2 (en) Laser beam divergence angle measuring device
IL306017A (en) Optical technique for material characterization
JPH05312538A (en) Three-dimensional shape measuring instrument
JP2627600B2 (en) Laser beam propagation characteristics measurement device
JPH0210119A (en) Intensity geometry measuring apparatus for laser beam
JP4585839B2 (en) microscope
RU2808750C1 (en) Device for measuring parameters and characteristics of radiation sources
JP2018180401A (en) Infrared microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19960430