[发明专利]一种测量光场分布的方法及装置

说明书

本发明公开了一种测量光场分布的方法及装置。利用光阱稳定悬浮微粒，移动光阱使微粒靠近待测光场，利用光电探测器收集微粒在待测光场的三维空间中不同位置的散射光信号，根据散射光强与该位置的光强成正比解算出待测光场的光场分布。测量光场分布的装置，包括激光器、捕获光路、微粒、光电探测器、控制系统和上位机；激光器出射激光，经过捕获光路，出射高度聚焦的捕获光B，形成光阱，捕获微粒；微粒在待测光场A中的某个位置，散射光C被光电探测器收集；光电探测器将散射光信号上传到上位机；上位机根据不同位置处获取的散射光信号解算出待测光场A的光场分布。本发明可精确获得光场的三维光强分布，将光场测量的空间分辨率提升到纳米量级。

技术领域

本发明涉及一种测量光场分布的方法及装置。

背景技术

光束质量是评价激光束好坏的重要参数，直接影响激光器的应用范围和效率。光束质量测量的关键在于测量光斑能量分布和确定激光束的束宽。常用的光场分布和束腰测量方法有：

（1）套孔法或小孔扫描法：出自国标《激光辐射光束直径测试方法》（GB/T137411992），将孔径为r的光阑放在光路中，并使之略小于光斑半径ω，通过测量有无光阑时的能量比计算透射率T：

根据透射率T，光斑半径表示为：

或者利用小孔探测到归一化的光强分布曲线，然后计算出该处的光斑半径。

（2）刀口法：出自国标《固体激光器测试方法》（GJB5441-2005），将刀口放置于激光器及功率计（或能量计）之间的光轴上，刀口在一个机械平台上沿和光束垂直的x方向移动，逐渐遮挡住输出光斑，进入功率计（或能量计）的功率（或能量）逐渐减小， 探测器测量出的透射激光功率为刀口位置的函数。记录功率计（或能量计） 读数为原始功率（或能量）的84%及16%时的对应几何位置x₁及x₂，

计算x方向的光束直径d_x。

（3）CCD法：出自国标《固体激光器测试方法》（GJB5441-2005），将CCD探头垂直置于光轴处，选择适当的衰减量，并充分利用CCD动态范围， 测量光束横截面的能量（或功率）强度分布，然后按照光强分布的二阶矩计算光束直径。

（4）空心探针测量法：出自国标《工业用大功率激光器光束质量测试评定方法》（GB/T246642009），借助于一个转动的能传输激光束的空心针而起作用。一定速电机带动一

空心探针，探针转动使微孔对光斑进行扫描。空心针一端的侧表面上开有一小孔，在探针扫

过光束截面的瞬时过程中，由小孔进入的激光束通过内空腔被引导至转轴上，由此处的探测器进行检测。转动系统在步进电机控制下可垂直于光束方向平动，随着整个探针支架的平移，就能划出一系列弧线来，同时，高速采样系统对热电探测器输出的信号采样后送入后续电路进行处理。采样过程在扫描光斑的瞬间完成。从而探测到光束横截面上的光强分布，由此扫描出整个光斑的功率密度分布情况。在测量不同强度和不同尺寸的光束时，可选择不同微孔孔径的探针，同时调整平动步长，这样，即可满足测量非聚焦光束的要求，也可以实现对聚焦光斑的测量。