[发明专利]一种测量大功率CO2激光发散角的方法

说明书

一种测量大功率CO₂激光发散角的方法，属于大功率CO₂激光器技术领域，为了解决现有测量方法无法准确测量大功率CO₂激光发散角的问题，固定待测大功率CO₂激光器，沿待测激光光轴方向垂直放置漫反射板，使激光光斑位于漫反射板的中心，漫反射板的四个顶角位置具有四个黑体，保持漫反射板通电，黑体发热；然后，安装红外成像设备，使其与漫反射板入射面成一定角度，且距离为红外成像设备的焦距；最后，红外成像设备与计算机连接；待测大功率CO₂激光器持续发射激光，此时关闭红外成像设备；停止发射激光，同时开启红外成像设备，采集激光照射漫反射板后产生的图像，将图像数据传输给计算机，计算机算出大功率CO₂激光器的激光发散角。

技术领域

本发明涉及一种测量大功率CO₂激光发散角的方法，属于大功率CO₂激光器技术领域。

背景技术

大功率CO₂激光器广泛应用在工业、医疗、军事和科研等众多领域。近些年大功率CO₂激光远场应用迅速发展，远场光斑的分布直接决定激光的作用效果。而远场光斑受激光发散角影响，因此激光发散角是衡量激光作用效果的重要指标。激光发散角的直观体现是由于激光传输距离变化引起激光光斑尺寸的变化。要测量激光发散角，必须准确获得激光光斑尺寸。

光斑烧蚀法是较为常见的大功率激光发散角测试方法，其原理是利用激光具有的能量烧蚀苯板等材料，通过测量激光在苯板上烧蚀图案来代替激光光斑计算其发散角。但是在试验中发现，由于激光的能量发布为中心强，边缘弱，导致光斑对苯板等材料烧蚀程度不一致，出现激光光斑中心已经完全将苯板完全烧透而激光边缘烧蚀不明显的现象。特别是随着测量距离的增加，激光边缘烧蚀效果愈来不明显，因此测量存在一定误差。

文献“中波红外激光器的光束指向红外图像检测法”郭汝海，孙涛，王兵，激光与光电子学进展，2012,49,081404，采用激光照射漫反射板，用对应波段探测器采集激光光斑的方法，在中等功率以连续模式运转的激光器中此方法较为适用，但是在大功率特别是脉冲形式运转的CO₂激光器测试中，由于激光在漫反射板形成的能量也非常强，测试过程需要对探测器进行衰减保护，但探测器的衰减又是非常复杂的过程，衰减率不够会造成探测器损伤，衰减率过大则造采集激光光斑不全，甚至采集不到激光光斑的现象，因此不适合大功率激光光斑的测试。

发明内容

本发明为了解决现有测量方法无法准确测量大功率CO₂激光发散角的问题，提供一种基于红外成像识别激光光斑测量大功率CO₂激光发散角的方法。

为解决上述技术难题，本发明的测试方法具体如下：

一种测量大功率CO₂激光发散角的方法，包括以下步骤：

步骤一，首先，固定待测大功率CO₂激光器4，沿待测激光光轴方向垂直放置漫反射板1，使激光光斑位于漫反射板1的中心，漫反射板1的四个顶角位置具有四个黑体，保持漫反射板1通电，黑体发热；然后，安装红外成像设备2，使其与漫反射板1入射面成一定角度，且距离为红外成像设备2的焦距；最后，红外成像设备2与计算机3连接；

步骤二，待测大功率CO₂激光器4持续发射激光到漫反射板1上，此时关闭红外成像设备2；

步骤三，停止待测大功率CO₂激光器4发射激光，同时开启红外成像设备2，采集激光照射漫反射板1后产生的图像，红外成像设备2将图像数据传输给计算机3，计算机根据接收到的图像中黑体和热分布图像的相对位置关系，利用相机标定算法和图像处理算法计算出热分布图像尺寸，即激光光斑尺寸；