[发明专利]一种聚焦激光束特征参数辨识方法

权利要求书

1.一种聚焦激光束特征参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取激光束焦平面位置；

2)以上述光束焦平面位置为测量中心，沿光束传播方向等间距采集多个光束截面的功率密度；

3)根据所述功率密度，选择与激光束测量软件平台输出的光束截面形貌匹配的激光束截面功率密度模型；聚焦光纤激光束的截面功率密度呈现为近超高斯形貌；

采用超高斯模型表征所述激光束截面功率密度模型I(x,y)：

其中，x、y分别表示激光束截面内点的横坐标和纵坐标，P₀为激光功率，r_b是超高斯光束半径，采用1/e²功率密度下降法进行度量，k为超高斯阶数，Γ表示伽马函数；e是指自然常数；

4)采用权重非线性优化算法和激光束截面功率密度模型依次拟合每一光束截面的试验测量数据，从而计算得到相应的非独立参数；

5)依据识别的非独立参数与传播距离的映射关系，构建非独立参数r_b和k的数学模型，基于该非独立参数r_b和k的数学模型得到以下特征参数：光束焦斑半径、瑞利长度及光束质量因子M²；

超高斯光束半径r_b的计算公式如下：

其中，r₀、z_R分别为理想的焦斑半径和瑞利长度，z_d表示激光束离焦量，a、b为常系数；

光束质量因子M²的计算公式如下：r_0A为修正后的焦斑半径，r_0A＝min(r_b)；z_RA为实际瑞利长度；λ为激光波长；

超高斯阶数k的计算公式为：

其中，c、d、g为常系数；

6)将辨识的特征参数代入非独立参数r_b和k的数学模型，并联合激光束截面功率密度模型计算试验测量坐标位置处的功率密度值；而后，计算每一测量截面上的功率密度计算值与试验测量值的决定系数，若决定系数大于0.95，说明辨识的光束特征参数和光束模型高度可信；否则，修改光束截面功率密度模型并重新按步骤3)-6)进行辨识。

2.根据权利要求1所述的聚焦激光束特征参数辨识方法，其特征在于，步骤5)中，采用非线性最小二乘法拟合识别的非独立参数得到所述特征参数。

3.根据权利要求1所述的聚焦激光束特征参数辨识方法，其特征在于，步骤6)中，采用相关性分析方法计算每一测量截面上的功率密度计算值与试验测量值的决定系数。