[发明专利]一种激光光束质量的综合参数评价方法

说明书

本发明涉及一种激光光束质量的综合参数评价方法，属于激光光束特性测量领域。该方法通过多次测量平均来消除气流扰动的影响；考虑多模激光光源的尺寸，采用点扩散函数与光源进行卷积，来计算多模激光的远场光斑图像，解决多模激光测量错误的问题；在缩束或扩束时，采用扣除背景Wsubgt;bg/subgt;后的波前来计算远场光斑图像，减少远场光斑的误差；利用夏克哈特曼波前探测器测量波前、PV和RMS等参数，克服了现有的夏克哈特曼波前探测器测量激光光束质量因子Msupgt;2/supgt;中测量误差大，只能定性测量的问题，达到了准确测量单模或多模激光的光束质量因子、激光波前、PV和RMS等参数，实现激光光束质量综合参数的测量。

技术领域

本发明涉及一种激光光束质量的综合参数评价方法，属于激光光束特性测量领域。

背景技术

1917年爱因斯坦提出“受激发射”理论，为激光的产生提供了重要的理论基础。1960年美国物理学家梅曼发明红宝石激光器，发出第一束可实际应用的激光。随着科学技术的不断进步，激光在军事、工业、医疗等领域中的应用越来越普遍。随着激光技术和应用的快速发展，检测激光光束质量也越来越重要，国际标准化组织将用于评价光束质量的参数——激光光束质量因子M²定义为实际光束的束腰半径(光束传播方向上光束半径最小的地方称为束腰)与其远场发散角的乘积与理想高斯基模光束的相应乘积之比，由此，为了评价光束质量，需要获取实际光束的束腰半径以及其远场发散角，这两个参数都属于聚焦光斑尺寸参数。

现有测量聚焦光斑尺寸的方法有阵列探测法和机械扫描法。其中机械扫描法又有狭缝扫描法、移动刀口法以及可变光阑法，在国外，机械扫描技术已经比较成熟，许多国外的公司研发专用的光束质量测量仪。比如赵俊成等人采用一种滚轮狭缝式的测量方法[赵俊成,阴万宏,刘建平,等.正交狭缝扫描式激光光束质量测量方法研究[J].应用光学,2020,41(04):704-710]就是一种机械扫描技术，直接利用这种滚轮扫描狭缝扫描被测激光光束进而计算光束质量。而阵列探测技术(参见[Sheldakova Y V,Cherezova T Y,Kudryashov A V.M2 sensor for the adaptive optical system[C].SeventhInternational Conference on Laser and Laser-InformationTechnologies.International Society for Optics and Photonics,2002,4644:392-399])是基于CCD相机等光电探测器而衍生的一种比较具有发展前景的光束检测技术，可以通过CCD直接测得激光光强分布，并且可以用相机像素值获得每一点的光强度值。根据CCD相机上光强度值分布范围可以计算出激光的光斑尺寸，即从不同位置的光强度衰减值情况就可以得到光斑尺寸。根据激光传输性质，利用不同位置的光斑尺寸测量数据就可以拟合激光传输特性曲线，进而得到激光远场发散角和光束质量因子等光束质量参数，由于使用CCD不需要改变激光光束内部结构，因此不会对激光光束质量产生影响，所以阵列探测法也是目前测量光束质量的最常用一种方法。但是无论是机械扫描法还是阵列探测法都是采用多点法测量光束质量，这种方法不能实时测量光束质量，而且往往会引入一定的测量误差，还会因为误差累计导致最终计算出的M²存在更大的误差。