[发明专利]一种激光光斑尺寸全角度评价与表征方法

说明书

本发明公开了一种激光光斑尺寸全角度评价与表征方法，通过构建以光斑质心位置为原点的直角坐标系，根据激光光斑尺寸与光强二阶矩间关系，求解出过原点不同角度θ方向上的激光光斑尺寸，从而实现与水平方向呈任意角度方向的激光光斑尺寸的表征，科学全面地反映了激光光斑的空间特性。

技术领域

本发明涉及一种激光光斑尺寸全角度评价与表征方法，属于光电测试技术领域。

背景技术

在激光器的设计、制造和应用中，对其性能的评价尤为重要，尤其是光束空间性能参数如光束发散角、光场分布、束腰光斑尺寸、束宽积及光束极限倍率衍射因子M²等，这些空间性能参数的获取均可以在获取激光光斑尺寸的基础上推演出，因此对激光光斑尺寸科学全面地评价尤为关键。

目前对激光光斑尺寸的表征均是建立在直角坐标系下求得X和Y方向的光斑尺寸，由于实际情况下激光器输出的光斑并非总是对称的，单纯的用光束参数的X和Y方向不能科学全面地反映激光束的品质。

发明内容

针对现有激光光斑尺寸参数评价的不足，本发明的目的在于提出一种激光光斑尺寸全角度评价与表征方法，通过给出激光光斑在与水平方向呈任意角度方向的尺寸，科学、全面、客观地反映激光光斑的空间特性。

如附图1和附图2所示，本发明提供的一种激光光斑尺寸全角度评价与表征方法，包括以下步骤：

步骤一：获取一幅宽度W(像元数)、长度H(像元数)且含有激光光斑的图像；所述的图像中无背景噪声，也无饱和的像元，以所述的图像左上角为原点O，水平向右方向为x轴正方向，竖直向下方向为y轴正方向建立直角坐标系xOy；

步骤二：提取所述的图像中每个像元的坐标值(x_a，y_b)及对应的光强值I(x_a，y_b)，则激光光斑的质心坐标值(x_c，y_c)与光强一阶矩的关系如式(1)和式(2)所示；

步骤三：将所述的图像进行坐标系变换，建立以激光光斑质心位置(x_c，y_c)为坐标原点O'，水平向右方向为x'轴正方向，竖直向上方向为y'轴正方向的直角坐标系x'O'y'；对于在所述的直角坐标系xOy下任一原始坐标值为(x_a，y_b)的像元，其在所述的直角坐标系x'O'y'内的坐标值为(x'_a，y'_b)，则有：

式(3)描述了直角坐标系xOy和直角坐标系x'O'y'间的坐标变换关系；

步骤四：在所述的直角坐标系x'O'y'下，设一过坐标原点O'且角度为90°+θ的直线方程式如式(4)所示；

kx′+y′＝0 (4)

步骤五：所述的图像中任一像元(x_a'，y_b')到式(4)所描述的直线的距离为：

步骤六：根据激光光斑尺寸与光强二阶矩间关系，过原点O'且角度为θ方向上的激光光斑尺寸ω_θ如式(6)所示；

步骤七：重复步骤四至步骤六，求得不同角度θ_i方向对应的激光光斑尺寸ω_θi。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供一种激光光斑尺寸全角度评价与表征方法，实现了与水平方向呈任意角度方向的激光光斑尺寸的表征，科学全面地反映了激光光斑的空间特性。