[发明专利]在线式激光能量和光功率密度时空分布测量系统

说明书

本发明涉及一种在线式激光能量和光功率密度时空分布测量系统，尤其涉及一种用于大面积高能激光能量和光功率密度时空分布的在线测量系统。

现有的高能激光能量和光功率密度分布的测量方法主要有能量烧蚀法、靶斑散射测量法、热吸收探测法等。

能量烧蚀法是让激光照射到烧蚀物，通常是有机玻璃上，通过测量烧蚀物在激光照射前后的质量变化来计算出总能量，通过测量烧蚀痕迹来粗略得出光斑的功率密度分布。这种方法的主要缺点是只能测量激光的总能量值和光功率密度在空间上的分布，无法测量光功率密度在时间上的分布，而且不能在线测量。

靶斑散射测量法是将强激光照射到镀有高反膜的反射镜后，将高反镜透过的衰减了几个数量级后的光照射到一个金属漫反射屏上，用CCD热像仪获取金属屏的漫反射光。由于强激光要经过高反射镜、金属散射屏才到达探测器上，影响测量结果的因素较多，尤其是漫反射屏无法进行准确标定，因此只能测得光功率密度分布的相对值，无法得到光功率密度分布的绝对值和总能量值。

热吸收探测法的探测器通常为热电偶，具体的测量手段有面阵式、圆锥式、斩波式等多种。面阵式通常采用石墨面阵背后布放热电偶的方法，可以得出总能量和光功率随空间的变化；圆锥式则将激光照射到一个金属圆锥里，只能得出总能量值；斩波式可以测量总能量值，与面阵式、圆锥式相比增加了在线测量的功能。但是热吸收探测法的主要缺陷在于热探测是个积分效应，对光功率密度的空间分布测量虽有一定的精度，但对光功率密度的时间分布无法测量或者测量精度很低。

在现有技术条件下，如果要实现在线测量高能激光的能量和光功率密度的时空分布，就必须将上述的三种或两种测量方法结合使用。但是由于现有的三种方法的测量标准不统一，测量结果不具备对比性，因此在实际实施时只能以一种测量方法为主，其它方法仅作辅助参考。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种适用范围广，测量指标多，测量精度高，在线实时测量，对原光路扰动非常小的在线式激光能量和光功率密度时空分布测量系统。

本发明的目的可通过以下措施来达到：

一种在线式激光能量和光功率密度时空分布测量系统，包括数据处理计算机5，其特殊之处在于：它还包括光取样器2、可接收光取样器2光信号的光探测器阵列3，所述的光探测器阵列3由光探测器6组成，所述的探测器阵列3的信号输出端接多信道数据采集卡4的信号采集端，所述的多信道数据采集卡4的输出信号端接数据处理计算机5；所述的光取样器2包括光纤10，其呈线性阵列布放，光纤固定盘9上均布有设置光纤10的孔，光纤10的一端插于光纤固定盘9上的孔内，另一端接至光探测器6相接，电机11通过传动装置与光刀8相连，限位导向装置13设置于机架7上，光刀8的两端与限位导向装置13作可移动配合，在测量光域边界处的机架7上安装有同步信号触发开关14。

上述光纤固定盘9可为金属盘，光纤固定盘9上的孔为沿受光方向倾斜5度°角的斜孔；所述光刀8的横截面可为直角三角形，其受光面为抛光面或其上镀有高反膜。

上述光纤固定盘9的表面可为粗糙面，所述的同步信号触发开关14可为红外对管或霍尔开关。

上述光纤10为大芯径石英光纤或耐热强度较小的塑料光纤。

上述光纤10上可设置光纤衰减器。

上述光纤10与光探测器6可采用偏心耦合。

上述光取样器2的传动装置可包括链轮15，其通过连轴器12与电机11相连接，齿形链16设置于链轮15上，所述光刀8固定于齿形链16的销轴上。

上述光取样器2的传动装置可为丝杠或同步带，光刀8固定于丝杠或同步带上。

上述光刀8的限位导向装置13可为导槽，其设置于机架7上，光刀8的两端与导槽滑动配合或滚动配合。

上述光刀8的限位导向装置13可为导槽、直线轴承或导轨，其设置于机架7上，光刀8的两端与导槽滑动配合或滚动配合。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.采用一套测量系统，即可测量出激光的能量和光功率密度随时间和空间的变化，并且可实现在线测量。

2.本发明的光取样器采用斩波式结构和光纤传输光信号，对原光路的扰动很小，避免了对后续其它测量工作的影响。

3.通过更换不同类型的探测器，该系统可用于多种波长的激光器能量和光功率密度测量。

4.对光取样器的结构进行改动，可进一步大幅度提高系统的技术指标，包括空间分辨率、时间分辨率等，还可以扩展适用范围，应用于更大面积和更大能量的激光器。