[发明专利]一种新型高能激光光束质量测量装置

说明书

本发明公开了一种新型高能激光光束质量测量装置，属于光电检测领域，包括待测激光光源，还包括高灵敏度线阵CCD、成像镜头、瑞利散射体、高精密电动转台、高精密电动转台运动控制器及计算机；本发明的高能激光光束质量测量装置，在实现高能激光光束质量测量的过程中，将降低现有检测装置的系统复杂度，且提升光束质量测量装置的测量量程，解决目前百千瓦级高能激光光束质量测量难题，同时具备实时在线测量特性，能够很方便的嵌入到工业高能激光加工系统及高能激光武器中。

技术领域

本发明属于光电检测领域，具体的涉及一种新型高能激光光束质量测量装置。

背景技术

随着高能激光技术的不断发展以及工业应用与高能激光武器的需要，激光器的功率在不断的提高，达到了数十千瓦甚至数百千瓦的水平。而光束质量作为高能激光重要的性能参数，其指标的好坏直接会影响到实际的加工方法、传输距离的长短以及最后得到的工作质量。为了指导高能激光器的性能不断提升以及对激光器工作过程中的状态进行实时监测，因此需要对其光束质量能够实现实时准确测量。目前用于激光光束质量测量的方法主要有机械扫描法、面阵探测器测量法以及基于夏克—哈特曼方法的仪器测量法，但是对于高能激光光束质量的测量，上述的几类方法将无法直接使用，因为其测量装置会被高能激光损坏，为实现对高能激光光束进行测量，必须对检测系统取样和探测装置进行特殊设计。基于这种改进方式，也涌现了很多高功率激光光束质量测量方法，比如分光束法、滚筒法、实心探针扫描法、空心探针扫描法等，虽然这几类测量方法将激光器光束质量测量量程大幅提升，达到了数十千瓦量级，但是用于数百千瓦的高能激光测量依旧有极大的难度。因此，亟需发展一种快速在线的高能激光光束质量测量方法，解决对高能激光光束质量能够实时在线精确测量的难题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的传统激光光束质量测量方法不适用于高能激光光束质量测量以及现有的高功率激光光束质量测量方法对关键器件要求极高、测量结构复杂、很难实现实时在线测量的问题，本发明提供一种适用于高能激光光束质量测量装置。

本发明采用的技术方案如下：一种新型高能激光光束质量测量装置，包括待测激光光源，还包括高灵敏度线阵CCD、成像镜头、瑞利散射体、高精密电动转台、高精密电动转台运动控制器及计算机；所述瑞利散射体沿高精密电动转台的中间通孔轴心垂直固定于高精密电动转台的转盘上，所述成像镜头与高灵敏度线阵CCD固定连接，所述高灵敏度线阵CCD使成像镜头紧贴所述瑞利散射体的情况下垂直固定于所述高精密电动转台的转盘上，待测激光光源垂直入射到所述瑞利散射体并沿瑞利散射体轴线穿过，通过高精密电动转台运动控制器使所述瑞利散射体、高灵敏度线阵CCD沿所述待测激光光源的光束光轴旋转，完成对待测激光光源输出光束各方向瑞利散射信号采集，经计算机完成数据处理，生成所述待测激光光源输出光束三维、二维光强分布，以及光束传播因子M²与光束质量因子β的计算值。

本发明的新型高能激光光束质量测量装置，工作量程大，适用范围广，原理简单，能够实时给出高能激光束的时空分布数据；且功率(能量)越高，性能越好。

进一步地，所述计算机用于显示待测激光光源在瑞利散射体内部的光强分布及光束传播因子M²与光束质量因子β的计算值。

其中：

光束传播因子M²为实际光束的光束参数积(ωθ)与理想基模高斯光束的光束参数积(ω₀θ₀)二者的比值，即：M²＝ωθ/ω₀θ₀,式中ω为实际光束束腰直径，θ为实际光束远场发散角，ω₀为理想高斯光束束腰直径，θ₀为理想高斯光束远场发散角。

光束质量因子β表征被测激光束的光束质量偏离同一条件下理想光束质量的程度，即：β＝θ/θ₀,式中θ为实际光束远场发散角，θ₀为理想光束远场发散角。