[发明专利]一种套孔法结合十字线扫描的激光光束发散角测量方法

说明书

本发明公开了一种套孔法结合十字线扫描的激光光束发散角测量方法，涉及光电测试测量技术领域，能够实现对于超小发散角(低于0.4mrad)激光的发散角测量，并保证测量的准确性和精度。激光器发射激光光束，在激光器的输出光路中，设置离轴抛物面镜，并在离轴抛物面镜交点处设置小孔光阑面板。采用小孔光阑面板针对激光光束进行扫描，小孔光阑面板上具备按照直径由大到小排列的小孔，取直径小于设定直径阈值的小孔作为十字扫描小孔，利用十字扫描小孔对激光光束进行十字线扫描。

技术领域

本发明涉及光电测试测量技术领域，具体涉及一种套孔法结合十字线扫描的激光光束发散角测量方法。

背景技术

套孔法测量激光发散角的原理是用一个长焦距透镜将激光光束汇聚，在其焦平面上得到的光斑称为激光束的“远场图样”。远场图样代表了激光束在无穷远处的形状，因此能比较确切地表达激光束的形状和结构。用长焦距透镜测激光发散角的光路如图1所示。

在激光器的输出光路中，在离轴抛物面镜的焦点处放置一孔径大小可电控变化的小孔光阑。发射的激光脉冲经过小孔光阑后进入激光能量测量器。变换小孔光阑的口径，并测量通过小孔光阑的能量。通常以激光强度降到中心处的1/e²计激光束的全发散角。

套孔法测量激光发散角的最为重要的过程是的获得合适孔径的光阑，使得通过的激光能量为总能量的1/e²。这个步骤要不断地保证小孔中心的位置和激光能量中心位一致，这样才能保证测量的准确性和精度。由于所要测量的激光可能位于人眼不可见的红外波长，比如1064nm和1570nm，所以由人眼来完成适当小孔的对中，应该是非常困难的事情，而且精度不足为信。

目前系统自动控制二维步进电机将激光光路对准小孔光阑阵列中最大孔，使激光脉冲无阻通过；由CCD进行光斑和最大孔中心的对中测量时，先实时采集激光光斑，通过图像处理计算出激光光斑中心和孔中心的位置偏差(X向和Y向)，并根据此偏差数据控制二维电控平移台，使最大孔中心和激光光斑中心重合。

采用这种方式，对于1mm以上的小孔，套孔法可以很好的工作(激光发散角一般大于1mrad)。但是，要测量0.5mrad或更小发散角的激光光束，需要具备更小的小孔，例如，对于1m焦距的光学系统，要求小孔直径≤0.5mm。这使要求小孔中心和光束中心的对中精度要高达1个数量级，比如0.05mm；由于光束的抖动，光斑的不均性以及背景和环境的噪声，要实现如此高的对中精度是不现实的。

因此，如何实现对于超小发散角(低于0.4mrad)激光的发散角测量，需要更高精度测量方法来保证测量的准确性和精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种套孔法结合十字线扫描的激光光束发散角测量方法，能够实现对于超小发散角(低于0.4mrad)激光的发散角测量，并保证测量的准确性和精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

激光器发射激光光束，在激光器的输出光路中，设置离轴抛物面镜，并在离轴抛物面镜交点处设置小孔光阑面板。

采用小孔光阑面板针对激光光束进行扫描，小孔光阑面板上具备按照直径由大到小排列的小孔，取直径小于设定直径阈值的小孔作为十字扫描小孔，利用十字扫描小孔对激光光束进行十字线扫描，具体过程如下：

设定水平方向为X方向，垂直于X的方向为Y方向；沿X方向移动十字扫描小孔不少于20次，总移动距离占十字扫描小孔直径的80％以上，每移动一次测量一次激光光束透过十字扫描小孔的能量值，取X方向能量值最大值对应的位置作为Y方向扫描起点，从Y方向扫描起点开始，沿Y方向移动十字扫描小孔不少于20次，总移动距离占十字扫描小孔直径的80％以上，每移动一次测量一次激光光束透过十字扫描小孔的能量值，取Y方向能量值最大值作为激光光束透过十字扫描小孔的最终能量值。