[发明专利]马赫-曾德点衍射干涉仪及激光复振幅重建方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，特别涉及一种马赫-曾德点衍射干涉仪及通过所述点衍射干涉仪进行激光复振幅重建的方法。

背景技术

近年来，激光技术的应用越来越广泛。光束质量是评价激光器的一个极其关键的参数，通常认为它能够从本质上评价激光器所输出光束的传输特性，因此其对激光器的理论分析和激光器的设计、制造、检测、实际应用等方面均具有极其重要意义。

现有的光束质量参数一般描述的是激光系统输出激光的静态性能指标，并没有考虑到输出激光的动态特性。对于高平均功率激光器(如热容激光器、全固态激光器)，在热效应、自作用模场等因数的综合作用下，光束的近场分布和远场分布一般是非对称的，并且其光束质量也具有随时间变化的特性。为了能更准确地评价激光的光束质量，应考虑激光的像散特性和随时间的变化特性，即要采用含有时间因子的光束质量评价参数。因此，要对激光光束作一个较为合理和完整的评价，就要求能够实现实时检测激光器的光束质量；其中最为直接的方法就是实时检测激光器输出光束的波前相位和振幅(或者是强度)分布，即实时检测输出激光的复振幅场分布信息。

为了实现对激光光束质量的综合评价，激光工作者发展了各种各样的激光光束质量检测技术。较为常用的有：哈特曼波前传感器、M²光束质量分析仪、自参考干涉波前检测技术等。其中，哈特曼波前传感器标定方便、结构简单、能够实现波前实时动态的检测，但是它的测量精度受到其空间分辨率的限制，并且它只适合于单模激光器的评价。M²光束质量分析仪的基本原理是基于国际标准ISO11146描述的方法，通过多次测量激光输出光束不同位置上的光强分布二阶距，然后通过曲线拟合待测激光束宽半径的方法来确定束腰半径，最后求得待测激光的M²因子；该方法虽然精度较高、是应用较广泛的方法之一，但是它需要多次测量，因此耗时较长，并且只适用于连续激光光束检测。

作为波前测量的自参考干技术是激光光束质量检测的重要手段，其检测精度可以达到百分之一波长量级。其中较为常用的自参考干涉波前传感仪器有：径向剪切干涉仪(Radial Shearing Interferometry，RSI))和马赫-曾德衍射光束干涉仪(Mach-Zehnder Diffracted Beam Interferometer，M-Z/DBI)。2008年，Elena López Lago在文献“Amplitude and phase reconstruction by radial shearing interferometry，Appl.Opt，47(3)：372-376(2008)”提出了基于径向剪切干涉仪重建待测激光复振幅分布的数学迭代算法，获得较高的精度；Elena López Lago又在文献“Single-shot amplitude and phase reconstruction by diffracted-beam interferometry.J.Opt.A：Pure Appl.Opt.11(2009)”中报道了基于马赫-曾德衍射光束干涉仪单次测量并提出了由此重建待测激光复振幅的数值迭代方法。但以上两种方法都是对单次测量数据进行较多的采样，然后通过多次数值迭代的方法才能得到待测激光复振幅的真实分布，虽然能够实现单次测量，但是运算量大，限制了其在线测量和实时瞬态检测等领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的马赫-曾德点衍射干涉仪和通过此种点衍射干涉仪进行激光复振幅重建的方法，以提高激光光束质量的检测速度，满足在线测量和实时瞬态检测的要求。

本发明的技术方案是：对现有马赫-曾德点衍射干涉仪进行改进，在其参考臂中设置一个针孔滤波器，使之产生理想的参考光，并且在信号光与参考之间引入空间载频，使得本发明所述马赫-曾德点衍射干涉仪无需专门的参考光，仅根据单幅载频干涉条纹且不需要任何迭代过程就可以快速准确地重建待测激光的复振幅分布。