[发明专利]一种脉冲激光光束质量同步测量系统及其同步控制方法

摘要

本发明公开了一种脉冲激光光束质量同步测量系统，包括光斑测试光路和时钟同步控制模块；光斑测试光路包括直线导轨、两片分束镜、反射镜、聚焦镜、激光衰减器和两个CCD；第一个分束镜将入射激光分为两束，一束进入快速响应光电探测器，对其时域信息进行测量；另一束进入测试光路。衰减器对入射激光进行适当的衰减，聚焦镜实现束腰重造，另一分束镜将光束分为相互垂直的两束并分别入射到两个CCD中进行光斑测量；其中一个CCD测量固定位置光斑大小，另一个CCD通过导轨的运动确定束腰位置，并测量束腰大小；通过这三个量的测量可以获得经重造束腰后的高斯光束解析式，再经透镜变换，得到入射高斯光束的光束质量参数。

主权项

1.一种脉冲激光光束质量同步测量系统，其特征在于，用于通过激光脉冲与CCD响应时钟的同步实现单脉冲光束质量测试，包括光斑测试光路和时钟同步控制模块；所述光斑测试光路包括：直线导轨运动臂(5)、直线导轨(7)、反射镜(10)以及依次设置在入射激光光路上的第一分束镜(1)、衰减系统(2)、聚焦镜(3)和第二分束镜(4)；所述直线导轨(7)水平设置，所述直线导轨运动臂(5)与所述直线导轨(7)垂直设置，所述第二分束镜(4)和所述反射镜(10)分别固定在所述直线导轨运动臂(5)的两端，且所述第二分束镜(4)与入射激光成45度角，所述反射镜(10)与所述第二分束镜(4)相互垂直，且所述反射镜(10)和所述第二分束镜(4)随着所述直线导轨运动臂(5)整体移动；所述时钟同步控制模块包括：第一CCD相机(9)、第二CCD相机(6)、光电探测器(8)和控制器(11)；所述光电探测器(8)的输入端用于接收经所述第一分束镜(1)分束后的垂直光束；所述光电探测器(8)的输出端与所述第一CCD相机(9)和第二CCD相机(6)连接，输出用于触发所述第一CCD相机(9)和第二CCD相机(6)电子快门的电脉冲信号；所述第一CCD相机(9)用于采集经过反射镜(10)输出的光束；所述第二CCD相机(6)用于采集经过第二分束镜(4)分束后的水平光束；所述第一CCD相机(9)和第二CCD相机(6)的输出端将各自测得的光斑尺寸信息输出到控制器(11)；所述直线导轨(7)在所述控制器(11)的控制下往复运动，改变了所述第一CCD相机(9)与所述聚焦镜(3)之间的光程，获得光束的束腰位置和束腰大小，并结合所述第二CCD相机(6)测得的固定位置光斑大小获得入射高斯光束的光束质量参数；所述第一分束镜(1)为1:99分束镜，经所述第一分束镜(1)分束后，入射光束功率1％的光束向垂直方向反射进入光电探测器(8)，入射光束功率99％的光束透射进入衰减系统(2)；工作时，待测脉冲激光光束经第一分束镜(1)分为相互垂直的两束，垂直的一束通过光电探测器(8)转换为电脉冲信号并触发第一CCD相机(9)和第二CCD相机(6)的电子快门；水平的一束先经衰减系统(2)将脉冲能量衰减至微焦量级，再通过聚焦镜(3)完成束腰的重造，再通过第二分束镜(4)分为功率相等的两束，水平的一束直接进入第二CCD相机(6)，测量固定位置的光斑大小，垂直的一束经45度反射镜(10)反射后进入第一CCD相机(9)，通过直线导轨(7)的往复运动来改变第一CCD相机(9)到聚焦镜(3)之间的光程来确定光束的束腰位置和束腰大小；根据第一CCD相机(9)测得的束腰位置和束腰直径以及第二CCD相机(6)测得的固定位置光斑大小获得入射高斯光束的光束质量参数；所述光束质量参数包括束腰半径、远场发散角、光束参数积和光束质量因子；所述束腰半径根据公式获得；所述远场发散角根据公式获得；所述光束参数积根据公式获得；所述光束质量因子根据公式获得；其中，f为聚焦镜的像方焦距，z为聚焦镜到激光器输出端的距离，A为第一CCD相机测得的束腰半径，B为第二CCD相机测得的光斑半径，C为第一CCD相机捕捉到束腰时与第二CCD相机的光程差；所述第二分束镜(4)为50：50分束镜。