[发明专利]一种光纤输出的激光光束质量测量装置

说明书

技术领域

本发明属于激光性能参数的测量技术，更具体地，涉及一种基于红外成像技术对光纤输出的激光光束质量进行测量的装置。

背景技术

本发明属于激光性能参数的测量技术，更具体地，涉及一种基于红外成像技术对光纤输出的激光光束质量进行测量的装置。

激光，具有单色性、相干性、方向性好和高强度的特点，随着激光技术的不断发展以及人们对高科技产品的不断开发与完善，激光技术在军用、民用、科研和医学等领域应用日益广泛。而激光光束质量是衡量激光性能的重要参数。研究、测量激光光束的空间能量分布，给出激光光束质量的科学评价，对激光器设计、制造及其应用具有极其重要的指导意义。传统的激光光束质量的评价方法主要有聚焦光斑尺寸法、远场发散角法、β值法和斯特列尔比法等。这些方法各有优缺点，未能形成统一的评价激光光束质量的标准。20世纪90年代初A.E.Siegman提出了一套光束强度矩的理论，并在此基础上定义了激光器的M2因子，用以表征激光器的光束质量。这种M2因子评价方法被国际光学界所公认，并由国际标准化组织(ISO)予以推荐[D.Right,P.Greve,J.Fleischer,L.Austin,”Laserbeam width,divergence and beam propagation factor-an international standardization approach,”Optical and Quantum Electronics 24(1992)$993-S1000]。基于光强二阶矩理论的M²因子法，不仅适用于任意光场分布的激光光束质量评价，还克服了常用的光束质量评价方式的局限，无论是激光束在自由空间传输，还是经过光学系统变换，M²因子为不变量，从而可以表示激光束的固有传输特性。所以M²值作为评价标准对激光器系统进行质量监控及辅助设计等具有十分重要的意义。

基于M²的激光光束质量分析理论已经相当成熟，国外已经有了相应的测量仪器。代表性的产品主要有：SPIRICON公司研制的M²-200S；THORLABA公司研制的BP-109。这两种产品都采用了典型测量方法，将从激光器中发射出来的激光经过一个无像差的凸透镜后，利用电荷耦合器件CCD将激光在束腰附近的横向光束进行步进式成像，并且在计算机中显示成像效果，通过图像处理技术将光束的X和Y方向的各个光束尺寸测量出来，将一系列测量数据进行数据拟合，通过公式计算出X和Y方向的M²值。不同的是，BP-109采用直线式设计，而M²-200S通过反射镜反射光束，缩短光程，减小了测量仪器的尺寸。(参考文献：中国专利号为20061002349)

以上产品已经能够对激光光束质量进行较好的评价，但也面临新的困难和挑战。

首先，随着激光输出功率的提高，增益介质受到热效应影响，输出光束质量会受到多方面影响而降低，因而有必要对激光高功率条件下进行光束质量测量。由于CCD的破坏阈值较低，当激光光强稍大，CCD产生的图像会趋于饱和甚至损坏相机系统，所以在测量过程中均采用滤光片进行衰减，即便如此，可测量激光功率均通常不超过10w。

其次，随着激光技术的不断发展，更宽波长范围内的激光得到了应用，如掺铥光纤激光器输出的2μm激光，因该波长激光对人眼安全，且水分子在2μm的波长附近有较强吸收峰，利用该波长激光进行手术时，止血性好，因而在广泛应用于医疗领域。传统光束质量测量仪器受限于探测器CCD对入射光波长敏感度，可测量激光的波长范围通常在200nm～1800nm中间一段数百纳米宽度内。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤输出的激光光束质量测量装置，其目的在于提供一种基于红外成像技术的激光光束质量测量装置，由此解决现有技术中CCD探测器损伤阈值低、动态范围较小的技术问题，实现对强激光、宽波长范围内的激光光束质量的测量。

本发明提供的一种测量激光光束质量的装置，包括一维电动位移台(3)、三维升降台(5)、夹具(6)、光热传感器(9)、红外热像仪(10)、图像采集模块和数据处理模块；其中：

所述一维电动位移台(3)由一条形平板与设在其上的可平移底座(4)组成，所述底座(4)用于安装三维升降台(5)、准直镜片(7)和聚焦镜片(8)；