[发明专利]一种双线阵CCD扫描成像测量光束质量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光光束质量的测量技术领域，具体涉及一种双线阵CCD扫描成像测量光束质量的装置，还涉及一种双线阵CCD扫描成像测量光束质量的方法，适用于对于大尺寸线状长条的激光光束质量进行快速测量。

背景技术

光束质量是激光应用中极为重要的参数，它是激光束定向传输能力的量度，直接影响到激光的应用范围和应用效率，如何有效地检测和评价激光光束质量是成为激光技术研究中的关键问题。国际标准化ISO11146-1/2/3制定了光束质量的应的测量标准，包括两维面阵探测系统或二维单元扫描系统、套孔法、移动刀口法和移动狭缝法。目前市场上也有基于不同原理的光束质量测量仪，如面阵CCD成像法、刀口法、狭缝法、套筒法等。Siegman提出的M2因子用来作为评价光束质量的一个行业标准，它指在相同腰围尺寸下有限衍射光束的发散与光束发散的比值。作为M2因子的重要参数，光束发散角反映远距离传输时的发散特性，其关键就是确定激光光束的能量分布。ISO-TR11146-1-2005也将基于光束能量分布的光束发散角作为评价光束质量的标准参数之一。上述方法分别适用于不同的光束大小、波长范围、重复频率以及激光功率。这两种方法在测试时都依赖于光束形状，可能与实际光束发散角不匹配，而且光圈法仅适用于圆形对称光束，并不适用于半导体激光器的椭圆光束。刀口法的测试依赖于光束的模式、触发基准和矫正因子的确定，这些参数有可能会引起较大的测试误差。其中CCD是目前激光光束质量中成熟的技术，但是ISO标准建议的方法需要通过一段时间不断移动CCD采集在光束近场和远场不同位置上的光斑能量分布，测试速度慢，实时性差。

为了提高光束质量测试的实时性，房滔等提出基于衍射光栅测量光束质量的实时检测技术，于永爱等提出基于平板反射镜组成的多平面成像系统测量光束质量，R.Cortes[Cortes,R.et al,Laser beam quality factor(M²)measured by distorted Fresnel zone plates,Revista Mecicane De Fisica.2008,54(4),279-283],Robert W.Lambert[Lambert,R.W.et al.,Compact optical system for pulse-to-pulse laser beam quality measurement and applications in laser machining,Appl.Opt..2004,43(26),5037-5046.]和Haotong Ma[Ma,H.T.,et al.,Simultaneous displacement and angular drift measurement based on defocus grating,Appl.Opt..2010,49(23),4420-4426]分别提出了基于扭曲光栅波前传感法测量光束质量.，Oliver A.Schmidt[Schmidt,O.A.,et al,Real-time determination of laser beam quality by modal decomposition,Opt.Express.2011,19(7),6741-6748.]and Daniel Flamm[Flamm,D.,et al,Fast M2measurement for fiber beams based on modal analysis,Appl.Opt.2012,51(7),987-993.]也提出利用模式分解的方法计算光束质量。但是目前的方法都不能适用于大尺寸线状长条(水平方向×垂直方向为90°×2°)的激光光束测量，这种激光往往会用在测距、目标探测等领域，上述方法也无法测试激光光束各视野方向发射角、俯仰角、各视野方向发射光束相对强度。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种双线阵CCD扫描成像测量光束质量的装置，还提供一种双线阵CCD扫描成像测量光束质量的方法，适用于大尺寸线状长条(水平方向×垂直方向为90°×2°)的激光光束质量的测量，采用该装置及方法可以快速地对其光束进行评价与测量，该方法也适用于圆形、椭圆形等激光光束质量地快速测量。