[发明专利]提高液体透镜激光光束质量测量装置测量速度的方法

说明书

本发明公开了一种提高液体透镜激光光束质量测量装置测量速度的方法。该方法在基于液体透镜的光束质量分析仪中引入相位迭代算法实现激光光束质量的测量。共光轴依次放置液体透镜与电荷耦合元件相机。液体透镜由导线与液体透镜驱动电源相连，进而可以实现透镜焦距的变化。液体透镜与电荷耦合元件相机距离固定。利用该装置在两个不同的焦距下获得待测激光的光强分布，然后利用相位迭代算法复原出激光的复振幅信息，进而计算出激光的光束质量因子M²。本发明在利用液体透镜测量激光光束质量时只需要对两个点进行测量，大大提高了测量效率。

技术领域

本发明涉及激光测量领域，具体涉及一种提高液体透镜激光光束质量测量装置测量速度的方法。

背景技术

激光自问世以来因其具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，已广泛应用于科技、军事、医疗、工业加工和通信等领域。在制造工业中，它可以作为高强度光源，用于切割、打孔、焊接等。在军事领域可用于车载、舰载激光武器，也可作为激光武器的信标光源，并且在光电对抗、激光制导和激光诱导核聚变等领域也有广泛应用。

光束质量是衡量激光光束优劣的一项核心参数。针对不同的激光应用，历史上科学家提出了各种各样的评价参数，比如：光束质量因子(M²)，斯特列尔比，衍射极限因子β等。由于光束质量因子同时涵盖了激光的近场及远场特性，相较其它定义方式，其已广泛被国际光学界所承认，并由ISO国际标准化组织予以推荐。

对激光光束质量因子M²的测量，科学家们提出了各种各样的方法。有需要一定测量时间的CCD多位置测量法、刀口法、液体透镜法等，也有许多动态的测量方法，比如波前分析法，模式分解法，法布里-珀罗腔法等。其中液体透镜法由于具有结构紧凑、不易受外界扰动等优点，是一种较为理想的激光光束质量测量方法。然而传统的液体透镜法需要多次改变液体透镜的焦距，然后结合ABCD传播理论实现光束质量因子M²的测量。由于其每次测量都需要在十个左右不同焦距下进行测量，其单次测量时间在一分钟左右，速度较慢，并且已经不能满足某些模式不稳定的激光的测量。而相位迭代算法由于其只需要两个不同位置的光斑即可复原出激光的光强及相位信息，若将其与液体透镜结合起来可以大大提高液体透镜法测量激光光束质M²的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高液体透镜激光光束质量测量装置测量速度的方法，测量速度快，且不易受外界扰动。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高液体透镜激光光束质量测量装置测量速度的方法，方法步骤如下：

步骤1、搭建液体透镜激光光束质量测量装置：

所述液体透镜激光光束质量测量装置包括液体透镜、导线、液体透镜驱动电源与电荷耦合元件相机；共光轴设置液体透镜和电荷耦合元件相机，液体透镜通过导线与液体透镜驱动电源连接；

步骤2、待测激光经过液体透镜聚焦成像在电荷耦合元件相机上，记录下此刻激光的光强分布；

步骤3、利用液体透镜驱动电源改变液体透镜上的电压进而改变液体透镜的焦距，记录改变焦距后待测激光通过液体透镜后在电荷耦合元件上的光强分布；

步骤4、在获得两个不同焦距下的光强分布后，通过几何光学，将所获得的两个光强分布转换到物空间，利用相位迭代算法对物空间两个光强进行迭代，进而获取激光的光强及相位信息，即复振幅，具体迭代步骤如下：

步骤4-1、将未改变液体透镜上的电压时测得电荷耦合元件上的光强设为第一光强，将改变液体透镜上的电压后测得电荷耦合元件上的光强设为第二光强，第一光强的初始相位设为0，并用角谱理论将其传播到第二光强所处的位置，转入步骤4-2；

步骤4-2、保留第一光强传播到第二光强位置的相位信息，并把光强信息替换为第二光强的信息，转入步骤4-3；