[发明专利]基于转筒螺旋线孔取样的激光光束质量测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于转筒螺旋线孔取样的激光光束质量测量装置及方法，装置包括转筒、光电探测器和数据采集处理单元，转筒绕转轴高速旋转，转筒的筒壁上至少设置有一组沿转轴轴线方向呈螺旋线排布的取样孔，取样孔的中心线与转轴轴线垂直相交，待测量激光束沿垂直于转轴的轴线方向从转筒外部入射至转筒内部的光电探测器，取样孔的孔径小于待测量激光束的尺度，相邻两只取样孔在转筒横截面上的间距大于待测量激光束的尺度。本发明通过设置取样孔的位置，确保光电探测器只能接收到一个取样孔的信号，使得在一个光束扫描周期内，可以获得整个光束的光强分布及光强峰值，模拟了光阑孔沿光束截面上微调以获取焦斑中心处功率并测量光束质量PIB的方式。

技术领域

本发明属于激光参数测量技术领域，具体涉及一种激光光束质量参数的测量装置及方法。

背景技术

在激光参数测量中，光束质量是一个重要的参数，表示激光束向远场发射的能力。常见的光束质量包括M2因子、β参数和桶中功率(PIB)等，其中PIB代表了激光束在远场的功率集中度和可聚焦能力。

现有的PIB测量方法是采用合适尺寸的光阑孔设置在光学调节架上，光阑孔后面采用光功率计探头测量光功率，通过微调光阑孔的位置使得获取的光功率的值最大，即为该激光束的PIB值。这种方法存在的问题是当激光的光束不稳定时，强光点的位置发生变化，导致无法采用光阑孔捕捉到激光光强最大值，因此只能适用于连续输出的稳定激光器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于转筒螺旋线孔取样的激光光束质量测量装置和方法，不仅适用于连续稳定光源，对于空间变换频率不高的其他激光器同样适用。

本发明的技术解决方案如下：

基于转筒螺旋线孔取样的激光光束质量测量装置，其特殊之处是，包括转筒、光电探测器和数据采集处理单元，所述的转筒绕转轴高速旋转，转筒的筒壁上至少设置有一组沿转轴轴线方向呈螺旋线排布的取样孔，所述的取样孔的中心线与转轴轴线垂直相交，待测量激光束沿垂直于转轴的轴线方向从转筒外部入射至转筒内部的光电探测器，或者待测量激光束沿垂直于转轴的轴线方向从转筒外部入射至转筒内部后经过转筒内部设置的光学元件折返后入射至光电探测器，所述的取样孔的孔径小于待测量激光束的尺度，所述的数据采集处理单元记录并处理光电探测器的输出信号。

为保证测量质量，相邻两只取样孔在转筒横截面上的两孔中心间距大于待测量激光束的尺度。

上述的光电探测器优选大口径积分球光电探测器；所述的光学元件优选反射镜。

上述的待测量激光束尺度为0.1‐10mm，取样孔的孔径为0.01‐9mm。

上述光电探测器的响应时间优选纳秒或微秒级。

为确定测量起始时间，测量装置上还可设置有位置触发单元，在转筒转到设定位置时，触发位置触发单元输出触发信号。

上述位置触发单元包括红外对管和遮光片，红外对管安装在机架上，遮光片设置在安装转筒上与红外对管相匹配的位置。

或者，上述位置触发单元包括分别设置在转筒内部和外部的定位光源和光敏二极管，在特定的取样孔转动至设定的位置时，定位光源的输出光入射至光敏二极管。

基于转筒螺旋线孔取样的激光光束质量测量方法，包括以下步骤：

1)待测量激光束穿过匀速转动转筒筒壁上的一组或多组沿转轴轴线方向呈螺旋线排布的取样孔；所述的取样孔的中心线与转轴轴线垂直相交，取样孔的孔径小于待测量激光束的尺度；

2)光电探测器对穿过每只取样孔的激光束进行高速取样测量，获取激光束在不同取样位置处的功率值；

3)数据采集处理单元记录并处理光电探测器在一个扫描周期内的系列光功率值，根据采集时间与平板转动时取样孔的位置关系，获得该时段内的桶中功率值。