[发明专利]激光光束M2因子矩阵的测量方法与测量仪器无效
申请号: | 200810046487.1 | 申请日: | 2008-11-07 |
公开(公告)号: | CN101393050A | 公开(公告)日: | 2009-03-25 |
发明(设计)人: | 冯国英;邓国亮;李玮;周寿桓 | 申请(专利权)人: | 四川大学 |
主分类号: | G01J1/00 | 分类号: | G01J1/00 |
代理公司: | 成都科海专利事务有限责任公司 | 代理人: | 黄幼陵 |
地址: | 610064四川省成都市*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 激光 光束 sup 因子 矩阵 测量方法 测量 仪器 | ||
技术领域
本发明属于激光光束质量分析领域,特别涉及一种激光光束M2矩阵的分析方法和分析仪器。
背景技术
激光光束的质量好坏,直接影响到激光的应用。所以,必须对激光光束质量作定性和定量分析。上世纪九十年代初,Siegman提出采用M2因子描述激光光束质量,这一建议被国际标准化组织所采纳,并于1991年公布了基于这一建议的ISO/TC172/SC9/WG1标准草案。2005年,国际标准化组织公布了最新版本的M2因子测量标准(ISO 11146)。
M2因子描述的是实际光束与理想基模高斯光束的差别,其测量和计算基于光束束宽的测量值。实验中,束宽使用光束强度分布的二阶矩来计算,这使得束宽的计算值与实验中坐标系有关,故M2因子的测量值也与坐标系有关。对于激光光斑为非圆对称的情况,坐标系不同,M2因子的测量值也不一样,这给激光光束质量的评价带来了不便。
为了解决了上述问题,本专利申请的发明人提出了采用M2因子矩阵描述激光光束质量的新思路。M2因子矩阵定义为:
其中,分别为实验室坐标系下x、y方向上的M2因子。Mxy、Myx为表征光斑主轴与实验室坐标系相对位置信息的交叉项。当实验室坐标和光斑主轴重合时,此交叉项为零。
通过M2因子矩阵,可以计算光斑主轴与实验室坐标系成任意角度时实验室坐标系下x、y方向上的M2因子。这样,就将不同坐标系下测量所得的M2因子有机的统一起来,因而解决了在实验中由于坐标系不一样给非圆对称光束光束质量测量和评价时带来的不便。
由于采用M2因子矩阵来描述激光光束质量是一种新思路,因此目前尚无人公开M2因子矩阵的测量方法和测量仪器。现有的M2因子测量方法和仪器虽然可以借鉴,但必须进行改造。M2因子的测量一般采用可变光阑法、小孔光阑法,移动狭缝法、刀口法和电荷耦合器件(CCD)来完成,其中,采用电荷耦合器件(CCD)来完成M2因子的测量操作最为简单。公开号为CN 1766531A的专利申请公开了一种激光光束质量M2因子实时检测仪,包括依次的同光路的聚焦透镜、光栅组、光路调整器、CCD,聚焦透镜对激光器发出的激光束进行聚焦,光栅组是由两块光栅组成的分光系统,将一束激光分成等光强的3×3条光束的光束组,光路调整器为包括9个反射镜片组成的镜片阵列,光栅组分成的9条等光强光束经过光路调整器的各反射镜片在CCD的接收面形成9个相互不重叠的光斑,CCD为一个,其输出端通过信号线与计算机相连,将光斑数据传送给计算机,经计算机处理获M2因子。将此种激光光束质量M2因子实时检测仪的计算机程序进行改造后虽然可以用于测量M2因子矩阵,但由于此种检测仪是在CCD的一个接收面上形成多个光斑,每一个光斑的在CCD芯片上的有效面积就变得很小,而束宽的测量是基于光轴截面上待测位置光强分布的二阶距,二阶距积分的积分区间理论上应该是无穷大,因此,测量精度较低。由于出现在同一CCD面上的最大的光斑和最小的光斑能量密度相差较大,很容易出现最小光斑处已经令CCD饱和而最大光斑在CCD上成的像灰度值还较低的情况,因而限制了测量的精度和使用范围。
发明内容
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