[发明专利]基于光电探测器和CCD相机的光纤激光光束质量测量方法

说明书

本发明涉及一种基于光电探测器和CCD相机的光纤激光光束质量测量方法。首先将被测光束的光轴调水平，在光路中放入分光镜，将被测光束分成两部分，分别用于测量光束的近场与远场。通过对被测光束近场、远场的测量及相关数据分析，即可计算得出光束近场宽度和远场宽度，进而计算得出相应方向上的光束质量M_x²和M_y²。从理论上推导出了基于光束的近场和远场光强分布的M²因子表达式，解决了M²因子测量仪难以评价大尺寸光纤激光光束质量的缺陷。基于光电探测器和CCD相机的光纤激光光束质量测量方法适用于含有少量高阶模式的光纤激光光束质量测量以及适用于部分截断的光纤激光光束质量测量。

技术领域

本发明涉及一种光纤激光光束质量的测量方法，尤其是一种基于光电探测器和CCD相机测量光纤激光光束质量的方法。

背景技术

光束质量是激光实际应用中十分重要的指标，通常认为它是从质的方面来评价激光光束特性的。目前对激光光束质量进行评价的方法很多，如M²因子、β因子、斯特列尔比等[冯国英，周寿桓，“激光光束质量综合评价的探讨”，中国激光，36，1643-1653（2009）]。在20世纪90年代，A. E. Siegman提出用M²因子来评价光束质量。M²因子定义为实际光束的束腰宽度与其远场发散角的乘积同理想光束的相应乘积之比，也是目前科研人员和高功率光纤激光器生产厂商对于光纤激光光束质量所采用的最为广泛的评价方法[A. E. Siegman,“New development in laser resonator”, Proc. of SPIE, 1990, 2:1 224]。M²因子数值大于等于1，当M²因子越接近1，研究人员认为输出光束的光场分布越接近高斯基模光束，光束质量越好。

对激光光束M²因子进行测量的方法通常包括以下三类：三点法、两点法和双曲线拟合法。三点法与两点法测量较为方便，但是精度不高；双曲线拟合法由于是通过测量多点（通常远场、近场应至少各测量5个有效点）进行双曲线拟合，因而精度较高，但是实现方式复杂，通常需借助相关精密仪器。对光纤激光M²因子进行测量通常采用美国Ophir-Spiricon公司生产的M²因子测量仪，其采用的基本测量方法是双曲线拟合法，精度较高[Pengfei Ma, Rumao Tao, Xiaolin Wang, et al, “Coherent polarization beamcombination of fourmode-locked fiber MOPAs in picosecond regime”, Opt.Express, 2014, 22(4): 4123-4130]。但是该M²因子测量仪因其CCD分辨率有限以及转换透镜焦距固定不变，导致其适用范围严重受限，对于基模高斯光束的测量，其通常只可用于精确测量光束束腰宽度小于5mm的光束[“M²-200/200s-FWUsers Guide”, 2009,Ophir-Spiricon Inc. Document No: 11382]。因此，寻找一种可用于测量大尺寸光纤激光的光束质量的新方法，显得尤为重要。

发明内容