專利名稱：全口徑光強測量儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光強測量儀，特別是一種全口徑光強測量儀。
背景技術：
光強特性主要包括強度本身的大小以及光強分布均勻性兩個方面。對高功率固體激光放大器，由兩個很重要的和光強以及光強分布密切相關的指標小信號增益系數以及增益分布的均勻性。小信號增益系數的大小決定了放大器光強能力的高低；而增益分布的均勻性好壞對總體輸出光束質量有很大的影響，包括光束近場以及光強介質儲能的可提取效率等。增益的均勻性定義為全口徑的小信號的峰值與平均值之比。
要實現對高功率激光其的小信號增益系數和光強分布均勻性的測量，就需要對其全口徑的光強以及光強的均勻性的測量。目前，最常用的測量小信號增益系數和光強分布均勻性的方法是借助能量卡計測量多點探針光在放大器在全口徑的光強，但是該方法有如下一些缺點(1)無法對光束的進行全口徑測量，只能測量極少的區域；(2)相鄰發次之間存在隨機性，測量精度不高；(3)操作復雜，數據處理方式煩瑣；(4)發次的限制使測量的結果只能反映光強分布的大致趨勢，無法反映細微的變化。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠測量全口徑光強、操作簡單且精度高的全口徑光強測量儀。
本發明的技術解決方案全口徑光強測量儀，其特征在于它由光束匹配系統、過濾系統和二維面陣CCD、以及數據采集和處理系統組成，光束匹配系統將被測光束的口徑轉化到二維面陣CCD的靶面大小，再經過過濾系統消除雜散光以及將被測光束的強度衰減到二維面陣CCD可以測量的范圍內，二維面陣CCD可以同時測量被測激光放大器全口徑內的光強分布，將過濾系統過濾后的激光光束的二維光強信號，經過灰度信號到光強的轉換、圖像對準后轉換為電信號，數據采集和處理系統采集二維面陣CCD的測量數據并進行存儲，同時計算并輸出全口徑內的光強和光強分布的均勻性，也完成和光強以及光強分布均勻性相關參量的計算。
本發明與現有技術相比有如下優點(1)本發明可以實現對全口徑光強分布的測量。被測量光束經過光束匹配系統后，口徑不大于二維面陣CCD的感光靶面大小，因此，用二維面陣CCD可以一次完成對全口徑內光強的測量，克服現有技術中只能測量光束中少數點的光強分布的不足。
(2)本發明可以一次實現對全口徑光強分布的測量，克服現有技術中一次只能完成對被測量光束中的一個點的光強測量的不足，而要測量全口徑內的光強分布，需要分別測量不同點上的光強，此過程十分復雜、繁瑣、效率低下。
(3)本發明可以實現更小尺度范圍內光強分布的測量，因為二維面陣CCD的像素非常微小而且像素很多，因此可以測量相當于像素尺寸大小的空間尺度內的光強分布，而現有方法采用細光束作為探針光，其空間尺度經匹配系統后遠遠大于二維面陣CCD像素大小，因此本發明可以克服現有技術空間分辨率不高的缺點。
(4)本發明可以提高測量精度，因該發明使用二維面陣CCD探測光強信號，相對于現有能量測量技術多用能量卡計作為能量探測器，CCD有更高的靈敏度低、精度更高。
圖1為本發明的組成原理框圖；圖2為本發明的光束口徑匹配系統原理圖；圖3為本發明的數據采集硬件框圖；
圖4為本發明的軟件處理流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明由它由光束匹配系統1、過濾系統2、二維面陣CCD3以及數據采集和處理系統4組成。CCD測量的是激光能量的相對分布，而輸出的是灰度值，因此研究CCD輸入-輸出光電轉換特性、線性動態范圍的標定方法，是測量光強的關鍵技術環節。本發明的核心技術是用二維面陣CCD將激光光束的二維強度分布轉換為電信號，由計算機進行數據處理。依次經過數據采集、去除噪聲、邊緣提取以及灰度到能量的轉換四個主要過程。
如圖2所示，光束口徑匹配系統1由兩片共焦點的透鏡構成，主要完成將被測量光束口徑等比例調整到不大于CCD靶面大小以便于進行探測。
如圖3所示，數據采集和處理系統4由CCD、采集卡、外觸發電路和計算機組成，數據采集過程完成將測量數據從CCD到計算機的轉移，本過程由和CCD匹配的數據采集卡完成。
如圖4所示為處理軟件流程圖，其中，去除噪聲過程將被測量數據的分離成信號和噪聲，該過程分兩個步驟首先去除奇異值，然后減去系統的本底噪聲(通常用暗電流對應的灰度值代替)；邊緣提取用來確定光斑的實際位置和大小，該過程主要依據先驗知識結合邊緣提取算法(比如可用一階差分來提取方形區域的邊界等)完成；灰度到能量的轉換完成將CCD響應到的灰度信號轉換成實際的能量，這一過程在需要事先標定CCD的光電轉換特性，常用的方法有小孔衍射，即根據激光經小孔衍射后在焦平面能量分布理論可知的特點，結合CCD靶面的尺寸、聚焦透鏡的焦距、標定激光的波長等因素選擇小孔直徑，使CCD對衍射圖樣的零級譜有足夠多的采樣點，根據輸入CCD的零級譜的能量分布與采樣輸出灰度值標定光電響應曲線。
本發明用于對連續光的光強測量時，只需要采集和處理的頻率大于被測對象的變化頻率便可以完成對光強分布的測量，這一過程也反映了光強分布的變化。本發明用于對脈沖光的光強測量時，還需要外同步信號來確定光和采集系統之間的時序關系以保證CCD能采集到脈沖光信號，其余同連續光的測量。
本發明利用CCD作為光強探測器，CCD由很多細微的像素構成，每個有效像素完成的是光強測量，但整個面上就形成了光強高低的差別，即光強分布的測量。
本發明可以根據測量的光強推算相應的參量，比如平均光強Imean=1NΣk=1NIk,]]>調制度α=Imax-IminImean,]]>均勻性α=ImaxImean]]>等。
本發明用于不同波長時，比如紫外，就需要選用工作波長在對應區域的CCD，同時其余硬件、軟件算法作相應調整即可實現對不同波長(紫外到紅外)的光強測量。
權利要求
1.全口徑光強測量儀，其特征在于它由光束匹配系統、過濾系統和二維面陣CCD、以及數據采集和處理系統組成，光束匹配系統將被測光束的口徑轉化到二維面陣CCD的靶面大小，再經過過濾系統消除雜散光以及將被測光束的強度衰減到二維面陣CCD可以測量的范圍內，二維面陣CCD同時測量被測激光放大器全口徑內的光強分布，將過濾系統過濾后的激光光束的二維光強信號，經過灰度信號到光強的轉換、圖像對準后轉換為電信號，數據采集和處理系統采集二維面陣CCD的測量數據并進行存儲，同時計算并輸出全口徑內的光強和光強分布的均勻性，完成光強以及和光強分布均勻性相關參量的計算。
2.根據權利要求1所述的全口徑光強測量儀，其特征在于可以用于連續光的光強測量還可以用于脈沖光的光強測量。
3.根據權利要求1所述的全口徑光強測量儀，其特征在于可以用于對光束的光強測量，而且可以用來測量光束的強度分布。
4.根據權利要求1所述的全口徑光強測量儀，其特征在于可以用于對光束的強度分布，還可根據測量結果，計算相關的和強度或強度分布相關的參數。
5.根據權利要求1所述的全口徑光強測量儀，其特征在于測量的波長范圍覆蓋紫外直到紅外。
全文摘要
全口徑光強測量儀由光束匹配系統、過濾系統和二維面陣CCD、以及數據采集和處理系統組成，光束匹配系統將被測光束的口徑轉化到二維面陣CCD的靶面大小，再經過過濾系統消除雜散光以及將被測光束的強度衰減到二維面陣CCD可以測量的范圍內，二維面陣CCD可以同時測量被測激光放大器全口徑內的光強分布，將過濾系統過濾后的激光光束的二維光強信號，經過灰度信號到光強的轉換、圖像對準后轉換為電信號，數據采集和處理系統采集二維面陣CCD的測量數據并進行存儲，同時計算并輸出全口徑內的光強和光強分布的均勻性，也完成光強以及和光強分布均勻性相關參量的計算。本發明結構簡單、穩定可靠、測量精度高，能夠克服實驗過程中相鄰兩次發射之間的隨機性而導致的測量誤差，能夠簡化實驗過程，加快測量速度并提高測量精度。
文檔編號G01J1/42GK1731112SQ20051008625
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月19日 優先權日2005年8月19日
發明者李恩德, 段海峰, 楊澤平, 張雨東 申請人:中國科學院光電技術研究所