[发明专利]一种测量高斯光束参数的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种测量高斯光束参数的方法。

背景技术：

对高斯光束而言，其关键参数分别为：束腰位置、束腰尺寸、及光束发散角，尤其是束腰位置和束腰尺寸更为重要，因为高斯光束的传输特性可以完全由这两个参数确定。实际中，为了满足一些特殊的需求，我们非常有必要清楚地知道这两个参数的具体数值，例如：激光光束传输或成像系统的设计、通过比较相关参数而选择质量更优的激光器产品、高斯光束传输特性的研究、非线性光学研究、工业激光器的应用、医疗激光器应用等等。当然实际中也有许多测量高斯光束参数的具体方法，例如：扫描狭缝法、刀片边缘法、变孔径法、针孔法以及由CCD照相机组成的光束质量分析仪等等。

扫描狭缝法、刀片边缘法、变孔径法、针孔法的共同特点是：测量一些确定位置处的光束不同范围内的功率或光强，从而得到功率或光强分布图，推出这些位置的光束半径，再根据高斯光束的自由传输特性反推出束腰位置和束腰半径，测量速度较慢，测量过程中光强变化容易引起测量误差；另外，实际中高斯光束波前畸变也给光束半径的测量带来一定误差，反推过程中光束半径也参与运算，使得测量结果具有较大误差，

光束质量分析仪的特点是：将整个光束轮廓拍摄下来，能够同时提供整个光束的二维光强分布情况，从而得到光束半径，再根据高斯光束的自由传输特性反推出束腰位置和束腰半径，不会受光强变化的影响，测量速度快，但像素的大小成为测量精度的限制因素，而高分辨率的光束质量分析仪价格昂贵；另外，实际中高斯光束波前畸变也给光束半径的测量带来一定误差，反推过程中光束半径也参与运算，使得测量结果具有较大误差。该方法对CCD照相机的相机要求较高。

在实际中，发生如下情况时：待测高斯光束的束腰半径非常小，如何精确地测量该束腰半径；或者待测高斯光束近似平行，如何精确地测量束腰位置；甚至束腰本身不能直接被仪器探测到，如何精确地测量此种高斯光束的束腰位置及半径尺寸。上述的两种装置作为目前的常用手段也无法解决这些问题。

发明内容：

    本发明要提供一种测量高斯光束参数的方法，以克服现有技术存在的无法高精度测量束腰参数的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种测量高斯光束参数的方法，其测量步骤依次包括：

1）待测高斯光束：将激光束衰减后作为待测高斯光束；

2）将薄透镜放置于待测高斯光束中，测量薄透镜后面高斯光束的束腰位置：

   CCD相机在薄透镜后面记录不同位置z处的光强分布，从光强分布可以得到光斑半径值w，因此可以得到薄透镜后面聚焦高斯光束中光束半径任意相同的两个位置z1、z2，将上述的参数代入

 （1）

式中：为薄透镜后面聚焦高斯光束束腰位置。

3）更换焦距不同的薄透镜，重复步骤2）的测量方法，测得该薄透镜后面聚焦高斯光束的束腰位置；

4）确定待测高斯光束的束腰位置和束腰半径，将步骤（2）和（3）得到的两个聚焦高斯光束的束腰位置、和对应的薄透镜焦距F1、F2代入

（2）

式中：l为高斯光束对应的光波波长，解该方程组即可得到待测高斯光束的束腰位置L₀和束腰半径w₀。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、方法简单而精确：本方法中只需测量两个光斑半径值相等的具体位置即可，操作的方法简单，一般人员均可按照该方法进行测量。因为反推过程中只用到了测量的束腰位置，克服了已有方法中需要用到测量位置和光斑半径两个参数，从而造成反推过程中光斑半径本身的测量误差带来的更大误差，所以本发明的方法得到的测量数据非常精确。 

2、方法适用广泛：不仅可应用于束腰易分辨的测量中，也适应于测量非常小的束腰半径、近似平行的高斯光束束腰位置，本发明的创新之处更在于可以测量束腰本身不能被仪器直接探测到的高斯光束的束腰尺寸及位置。

3、该方法所用测量装置简单易搭建，用普通的CCD相机就可以实现，CCD相机可以固定在数显平移台上面，由数显平移台改变其具体位置。

4、仪器成本低，测量过程中只用到透镜和普通的CCD相机，成本在1万元左右，相比目前常用光束质量分析仪20万元以上的价格，成本大大降低。

说明书附图：