[发明专利]基于旋转叶片的漫反射式强光时空采样测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种强光时空分布参数的测量方法及装置，尤其是一种利用高速旋转漫反射叶片对强光实施采样的在线监测方法及装置。

背景技术

强激光在大气传输过程中，受到湍流、热晕和消光等大气效应的影响，远场光斑分布相对于激光器出口有较大变化。准确测量高能激光光束的远场功率密度时空分布，获取激光光束质量、质心漂移等重要参数，已经成为分析高能激光的大气传输效应和评价高能激光系统性能指标的必要手段。

传统的高能激光时空分布测量方式如烧蚀法、基于面阵采样器件的CCD法、光电/光热探测器阵列法等，皆通过接收全部入射激光能量对光斑进行采样和分析，光束接收采样材料需要具有很强的耐高温能力；同时，这样使得激光辐照效应试验和强光大气传输效应测量试验相分离，无法实时的、直观的将高能激光辐照效应与光束到靶特性、大气条件等相关参数进行比对和关联。为了提高试验效率，减少试验开支，降低高能激光系统在设计、评估和决策中的风险和成本，发展和研制出有效的强光时空分布在线测量方法及装置，成为高能激光测试技术发展的必然趋势。侯再红等（强激光与粒子束，2002年第3期）改良固定面阵式传感器光斑测量法，用77个传感器排列成十字形线阵，以此线阵为半径旋转对激光光束采样，完成对激光光斑的探测。该方法将不会完全阻挡激光传播，但需设计复杂而精密的机械结构和电路系统，且因受制于单元传感器排列密集程度，采样空间分辨率仍然较低。陈绍武等（强激光与粒子束，2006年第10期）采用一只与入射激光轴线偏心安装的高速旋转的45o斜面环形光刀对光束实施反射取样，探测单元（包括光衰减片、光纤、探测器等）阵列沿光刀反射光路圆周均匀分布，光刀每转动一周，通过复原和计算探测器的响应信号，便得到一帧完整光斑的时空分布图样。该方法使得绝大部分光穿过光刀并沿原光路无扰动传播，成功实现了对强光时空分布的在线监测，但它同样系统设计复杂，体积庞大，使用时拆装多有不便，且因受制于光刀机械转速，采样时间分辨率较低。上述两种激光时空分布测量方法均基于特定单元探测器，只能测量特定光谱响应范围内波长的激光光束，系统设计制造固化后的整改难度大，成本高昂，因而测量设备的后续扩展利用存在一定局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:解决上述现有技术存在的问题，而提供一种系统设计相对简单、使用方便的基于旋转叶片的漫反射式强光时空采样测量方法及装置，避免传统测量方法中激光辐照面因强光驻留时间过长而造成灼伤，有效提高了强光采样的时间分辨率，获取的光斑图像分辨率高，机动性能好，后续整改简单易行。

本发明采用的技术方案是：

一种基于旋转叶片的漫反射式强光时空采样测量方法，利用放置在高能激光传输路径当中的螺旋浆式高速旋转叶片，对穿越其中的高能激光光束实施漫反射，由红外相机接收漫反射光并成像，从而获得高能激光光束的时空分布图样，大部分高能激光能量将透过旋转叶片，继续沿原光路传播。

上述基于旋转叶片的漫反射式强光时空采样测量方法的实现过程如下：

步骤1：将表面均匀喷涂有漫反射涂层，呈中心对称分布的螺旋浆式叶片轮辐放置在强光光路中；

步骤2、利用激光器导引光，调整叶片轮辐的高度与偏转角度，使得激光垂直入射至轮辐表面，且不会超出采样叶片辐宽，必要时需重复步骤1和步骤2；

步骤3、叶片轮辐位置及姿态摆放到位后，对其实施紧固，以确保叶片在高速旋转过程当中的稳定性；

步骤4、摆放红外相机，确保其避开强光光路，并可完整记录下待测激光光斑；

步骤5、开启电机，并根据强光时间采样率要求设置叶片轮辐转速；

步骤6、设置红外相机单帧图像曝光时间，确保在一个曝光周期内，单根叶片可完成对待测激光光斑的完整扫描；

步骤7、将红外相机工作模式预设为外触发模式，可通过激光二极管及光电接收器或同轴编码器获取和记录采样叶片的实时位置信息，并向红外相机发送触发信号；

步骤8、启动红外相机，并发射主激光，完成强光时空分布的采样和测量。