[发明专利]一种测量激光光束质量的装置、方法及光路准直方法

说明书

技术领域

本发明属于光学辐射定标测量仪器领域，更具体地，涉及一种测量激光光束质量的装置、方法及光路准直方法。

背景技术

随着激光技术的不断发展及高科技激光产品(如激光加工机、激光治疗仪等)的不断出现，人们对激光光束质量的要求也越来越高，而在激光光束质量的测量评价中，衍射极限因子法即M2因子法是目前非常有用和常见的一种光束质量测量方法。

市面上现有的激光光束质量测量仪器，如德国Cinogy公司的CinSquare光束质量因子(M2)测量系统，这套系统由可调衰减系统、聚焦镜、高精度的自动导轨以及CCD/CMOS光束分析仪等组成。为了确保最高的准确性和精确度，其全部的测量分析过程由Cinogy公司研发的软件RayCi自动跟踪控制。这虽然实现激光光束质量的自动测量，但是在更换激光器后，我们依然需要在光束的准直过程中花费大量的时间，这给我们的测量带来了极大的不便。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种测量激光光束质量的装置，其目的在于提高激光光束质量的测量精度；同时解决了现有技术中测量激光光束质量时需要在光束的准直过程中花费大量时间的技术问题。

本发明提供了一种测量激光光束质量的装置，包括激光器，图像采集模块，反射镜，全反射棱镜，第一衰减片，第二衰减片，光束传输距离调节模块，光束传输角度调节模块和数据处理模块；所述反射镜与所述光束传输角度调节模块固定连接，通过所述光束传输角度调节模块调节所述反射镜的偏转角度来控制光束传输角度；所述全反射棱镜设置在光束传输距离调节模块上，通过所述全反射棱镜在所述光束传输距离调节模块上移动来控制光束传输距离；所述第一衰减片、所述第二衰减片和所述图像采集模块依次设置在所述全反射棱镜的反射光路上；所述图像采集模块、所述光束传输距离调节模块和所述光束传输角度调节模块分别与所述数据处理模块连接；所述激光器输出的光束经所述反射镜反射后入射至所述全反射棱镜，经所述全反射棱镜反射的光依次通过所述第一衰减片和第二衰减片后入射至所述图像采集模块；所述图像采集模块采集不同传输距离的光斑信号，数据处理模块对光斑信号进行处理，当光斑饱和时反馈控制所述第二衰减片对光斑强度进行调节；当光斑不饱和时，控制所述光束传输距离调节模块对光束传输距离进行调节；判断光束是否准直，若否则控制传输角度调节模块对光束传输角度进行调节；若是则获得光束质量参数。

其中，所述数据处理模块包括光斑饱和判断单元、光斑参数计算单元、第一控制单元、角度计算单元、第二控制单元、准直判断单元和光束质量参数计算单元；光斑饱和判断单元用于接收所述图像采集模块采集的光斑信号，并根据光斑信号的光强来判断光斑是否饱和，饱和时反馈控制所述第二衰减片；光斑参数计算单元用于当光斑不饱和时计算光斑信号的中心值及光斑直径；第一控制单元用于当光斑不饱和时控制传输距离调节模块调节光束传输距离；角度计算单元用于根据光斑信号的中心值和光束传输距离获得光束传输角度；准直判断单元用于将光束传输角度与设定的角度阈值进行比较；第二控制单元用于当光束传输角度大于角度阈值时，控制所述光束传输角度调节模块对光束传输角度进行调节；光束质量参数计算单元用于当光束传输角度小于等于角度阈值时，根据光斑直径和光束传输距离获得光束质量参数。

其中，光束传输角度调节模块包括俯仰调节单元和水平调节单元；俯仰调节单元用于根据第二控制单元输出的俯仰角调节信号控制所述反射镜在俯仰方向的偏转；水平调节单元用于根据第二控制单元输出的水平角调节信号控制所述反射镜在水平方向的偏转。

其中，所述第二衰减片为透过率可调的衰减片。

本发明还提供了一种基于上述的装置的光路准直方法，包括下述步骤：

S1将全反射棱镜沿着同一个方向移动至少两次，获得不同的光束传输距离以及与光束传输距离对应的光斑中心值；

S2根据不同的光束传输距离以及与光束传输距离对应的光斑中心值获得当前光束传输角度；

S3判断当前光束传输角度是否小于设定的角度阈值，若否则转入步骤S4；若是，则准时完成；

S4通过光束传输角度调节模块调节反射镜偏转所述当前光束传输角度，并返回至步骤S1。

其中，所述角度阈值为0.5度。

本发明还提供了一种测量激光光束质量的方法，包括下述步骤：

(1)通过将全反射棱镜设置在预先设定的初始位置获得光束传输距离的初始值；

(2)采集全反射棱镜位于初始位置时的光斑信号；