[发明专利]一种大尺寸激光光斑检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种大尺寸激光光斑检测装置，属于激光器技术领域，包括M×N个测量单元，基座，M×N个热电阻，数据采集与处理单元；测量单元包括导热体和隔热基质；所述基座用于安装固定各个测量单元，各个导热体远离测量靶面的一端与对应的热电阻一一相连，各个热电阻与数据采集与处理单元电性连接。本发明还提供一种大尺寸激光光斑检测方法。本发明的大尺寸激光光斑检测装置及方法，将待测激光离散化后，采集各个测量单元对应的温度数据，得到温度分布，然后通过数学方法，将温度分布与测量单元的位置、尺寸等耦合，进而可获得激光的光斑尺寸与能量分布。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，特别涉及一种大尺寸激光光斑检测装置及方法。

背景技术

激光光斑是衡量激光器性能的一个重要指标。精确测量激光光斑是测定激光发散角、功率密度、光束质量的前提条件。现有测试激光光斑方法主要有光斑烧蚀法、探测器成像法和热成像法。光斑烧蚀法利用高功率激光照射有机玻璃等靶材，利用激光与材料的热效应在靶材表面形成烧蚀凹坑，通过测量凹坑尺寸表征激光光斑尺寸。探测器法主要用探测器接收激光光斑，通过光电变换将光信号转换为电信号，通过电信号分布显示光斑尺寸。热成像法利用激光照射导热系数较小的靶板，通过红外相机观测激光在靶板形成的热红外图像，通过热红外图像表征激光尺寸。光斑烧蚀法和探测器法在激光光斑测量中应用较多，并且有相应的探测器产品，比如Pyrocam光束质量分析仪等；热成像法也有相关专利报道，但是涉及技术和设备更为复杂，暂时还未见相关商业产品报道。

由于激光具有良好的方向性，激光光束发散角非常小，大部分实验室应用条件下，激光光斑尺寸很小，使用探测器成像方法可以测量获得激光光斑。但是，随着高功率激光技术发展、高功率、大尺寸的激光光斑测量需求显著增加，以下两种应用对大尺寸激光光斑测试提出了需求：1.在激光通信等远距离传输应用时，激光光斑会随着传输距离的增加而变大，此时需要测量大尺寸光斑，进而测量远场功率密度等关键指标；2.在某些对聚焦尺寸有显著要求的应用时，比如极紫外光刻光源系统中对驱动激光聚焦时，首先需要将激光光斑扩束至一定尺寸，然后通过设置合适的聚焦系统使激光光斑压缩至一定尺寸，扩束后的激光光斑测量是衡量驱动激光聚焦性能的重要指标之一。

但是，采用光斑烧蚀法测量时，需要较大功率才能形成烧蚀，而激光功率较大时会由于热扩散导致激光光斑的测量尺寸偏大，测量精度低，并且测量过程中还存在不能准确确定激光照射时间的问题。采用热成像法测量时，需要对靶板和相机进行严格的图像标定，导致其使用受到限制。采用探测器成像法测量时，当激光光斑较大超过探测器的接收孔径，不能完全接收光斑，或者当激光功率较大超过激光的损伤阈值时，探测器不能使用。

因此，急需研究一种大尺寸激光光斑检测装置及方法，解决现有激光光斑测量技术在测试大尺寸激光光斑时存在的缺点。

发明内容

有鉴如此，本发明的目的是提供一种大尺寸激光光斑检测装置及方法，将待测激光离散化后，采集各个测量单元对应的温度数据，得到温度分布，然后通过数学方法，将温度分布与测量单元的位置、尺寸等耦合，进而可获得激光的光斑尺寸与能量分布。

为实现上述目的，本发明提供一种大尺寸激光光斑检测装置，包括M×N个测量单元，基座，M×N个热电阻，数据采集与处理单元；其中，M≥2，N≥2，均为自然数；

测量单元包括导热体和隔热基质，所述隔热基质的中心开有嵌入孔，所述导热体通过所述嵌入孔嵌入到所述隔热基质中，且所述导热体与所述隔热基质的激光照射面对齐安装，所述导热体的长度大于所述隔热基质的长度，同时保证每个测量单元接收激光的端面均对齐形成测量靶面；

所述基座用于安装固定各个测量单元，对应开设有M×N个安装孔，各个测量单元于通过对应的安装孔安装固定在所述基座上；