專利名稱：一種激光光束參數測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光檢測應用技術領域，特別是一種激光光束參數測量裝置。
背景技術：
隨著科學技術的發展，激光技術在國民經濟建設中起到了舉足輕重的作用。在光顯示、光信息處理、光通訊、光醫療、光制造、光檢測等領域都有著廣泛的應用。目前，激光技術的應用程度已經成為衡量一個國家工業技術先進性的重要標志之一。激光光束質量則是衡量激光產品性能的重要標準，給出激光光束質量的科學評價，對激光器設計及應用具有極其重要的意義。1988年，Siegman建議采用M2因子描述激光光束質量，M2因子反映了激光近場特性的光束束腰和表示遠場特性的發散角，又表征了激光高亮度、高空間相干性和方向性，M2因子法克服了常用的光束質量評價方法的局限，較合理地描述了激光束質量，被國際光學界所公認，并為國際標準化組織(ISO)予以推薦。目前，美國的 Coherent Inc. , Spiricon Inc. , Photon Inc. , Thorlabslnc., DATARAY Inc.及英國Lambdaphoto Inc.等單位已有商業化的激光光束質量M2因子測量儀，如Photon Inc.公司研制的M2_200、Thorlabs Inc.公司研制的BP-109等。我國的有關科研機構也申報了相應的專利。如中國科學院上海光學精密機械研究所申請的“激光光束質量M2因子實時檢測儀”(專利申請號為200510030096. 7)，其構成包括同光路的依次的聚焦透鏡、光柵組、光路調整器、CCD，該CCD的輸出端通過信號線與計算機相連；該發明既能方便地對激光光束質量M2因子進行實時測量，系統結構又簡單緊湊。又如長春理工大學申請的“嵌入式激光光束質量測量裝置”(專利申請號為200810051666. 4)，包括光學單元、機械單元和電子學單元水個部分，具有體積小、工作無需個人計算機，使用方便等優點。 這些現有的激光光束質量測量儀器，通常探測器件都遠離測量窗口，而測量時需要探測器測量光路不同位置處的光斑，這就需要操作人員調整被測激光器出射的激光-束在整個測量過程中均處于探測器的探測面上，并保證在探測面的同一位置以減小測量誤差。由于多數情況下，測量儀的進光口到探測器之間的光路是密封的，因而，其光路調整較為困難。
發明內容
針對現有技術所存在的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種便于儀器操作人員調整測量光路、并能提高測量裝置的測量精度的激光光束參數測量儀器。本發明所采取的技術方案是發明一種激光光束參數測量裝置包括測量光路、圖像采集卡3以及計算機7 ；還包括有由滑塊9、一維運動臺12和控制器14構成的光程調節
裝置；所述的測量光路是由聚焦透鏡1、直角棱鏡A8、直角棱鏡B2、直角棱鏡C5、光強調節器6和相機4構成；所述的聚焦透鏡1為正透鏡；所述的直角棱鏡A8和直角棱鏡B2為等腰直角棱鏡，其各自的兩個直角面上鍍有高反射膜；所述的直角棱鏡C5為等腰直角棱鏡；直角棱鏡A8裝置在滑塊9上，滑塊9裝置在一維運動臺12上；相機4、圖像采集卡3、計算機7依次連接；計算機7還通過控制器14分別連接光強調節器6和一維運動臺 12 ；聚焦透鏡1的光軸呈水平狀裝置；直角棱鏡A8的非直角面朝向聚焦透鏡1、并呈垂直方向裝置；直角棱鏡B2的非直角面呈垂直方向、且與直角棱鏡A8的非直角面相對地裝置在聚焦透鏡1的下部；直角棱鏡C5的非直角面對應左下方向、且與水平方向呈45度角裝置，其下部裝置光強調節器6 ；相機4裝置在光強調節器6的下部。所述的光強調節器6是吸收型雙光楔光強強度連續調節器。所述的光強調節器6是電光型光強度連續調節器。直角棱鏡A(8)和直角棱鏡B(2)的直角面上鍍有對400-1100nm波段高反射膜。所述的相機4為CXD模擬相機或CXD數字相機或CMOS數字相機。還包括有由指示光源13、反射鏡B11、反射鏡A10、直角棱鏡C5、直角棱鏡B2、直角棱鏡A8及聚焦透鏡1構成的指示光路；反射鏡AlO裝置在直角棱鏡C5的右邊，其反射面對應左下方向、且與水平方向呈45度角裝置，其下部裝置反射鏡Bll ；反射鏡Bll的反射面對應右上方向、且與水平方向呈45度角裝置，其右邊裝置指示光源13 ；測量光路和指示光路在聚焦透鏡1、直角棱鏡A8、直角棱鏡B2和直角棱鏡C5間共光路。所述的指示光源13為632. Snm波長、TEMcitl模式輸出的氦氖激光器。本發明的激光光束參數測量裝置，采用在激光光束參數測量裝置內部置入指示光源，并且指示光路與測量裝置的測量光路同光軸，從而為測量時調整光路提供參考，便于操作人員進行外部測量光路的調整。此外，該激光光束參數測量裝置內部采用吸收型雙光楔或電光型光強度連續調節器，提高了相機測量時的采樣精度，從而提高了激光光束參數測量精度。
圖1是本發明的結構原理示意圖。圖中1是聚焦透鏡，2是直角棱鏡B，3是圖像采集卡，4是相機，5是直角棱鏡C， 6是光強調節器，7是計算機，8是直角棱鏡A，9是滑塊，10是反射鏡A，11是反射鏡B，12是一維運動臺，13是指示光源，14是控制器。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例，對本發明作進一步的說明。下面的說明是采用例舉的方式，但本發明的保護范圍不應局限于此。本實施例是由測量光路、光程調節裝置、指示光路以及圖像采集卡3和計算機7構成。測量光路包括聚焦透鏡1、直角棱鏡A8、直角棱鏡B2、直角棱鏡C5、光強調節器6 和相機4，光程調節裝置包括滑塊9、一維運動臺12和控制器14，指示光路包括指示光源 13、反射鏡B11、反射鏡A10、直角棱鏡C5、直角棱鏡B2、直角棱鏡A8及聚焦透鏡1。
聚焦透鏡1為平凸型正透鏡，直角棱鏡A8和直角棱鏡B2為等腰直角棱鏡，其各自的兩個直角面上鍍有高反射膜(該膜是對400-1 IOOnm波段高反射膜)，直角棱鏡C5為等腰直角棱鏡，光強調節器6可以是吸收型雙光楔光強強度連續調節器(即由兩個吸收型直角光楔斜面平行放置所構成的強度連續調節器)或者是電光型光強度連續調節器或者是其它類型的光強調節器，相機4為CCD模擬相機或CCD數字相機或CMOS相機。(優選1/2英寸 Si CCD數字相機，像素8. 6umx8. 3um，光譜響應范圍190-1 IOOnm)，指示光源13為632. 8nm 波長、TEM00模式輸出的氦氖激光器。直角棱鏡A8裝置在滑塊9上，滑塊9裝置在一維運動臺12 (—維運動臺12本例采用電控平移臺，行程為300mm，重復定位精度為士 10um，運動分辨率10um，步進電機步距角為1.8度)上；相機4、圖像采集卡3、計算機7由信號線依次連接；計算機7還通過控制器14分別由信號線連接光強調節器6和一維運動臺12。聚焦透鏡1的光軸呈水平狀裝置；直角棱鏡A8的非直角面朝向聚焦透鏡1、并呈垂直方向裝置；直角棱鏡B2的非直角面呈垂直方向、且與直角棱鏡A8的非直角面相對地裝置在聚焦透鏡1的下部；直角棱鏡C5的非直角面對應左下方向、且與水平方向呈45度角裝置，其下部裝置光強調節器6 ；相機4裝置在光強調節器6的下部；反射鏡AlO裝置在直角棱鏡C5的右邊，其反射面對應左下方向、且與水平方向呈45度角裝置，其下部裝置反射鏡 Bll ；反射鏡Bll的反射面對應右上方向、且與水平方向呈45度角裝置(反射鏡AlO與反射鏡Bll平行)，其右邊裝置指示光源13 ；測量光路和指示光路在聚焦透鏡1、直角棱鏡A8、直角棱鏡B2和直角棱鏡C5間共光路。使用時，聚焦透鏡1、直角棱鏡A8、直角棱鏡B2、直角棱鏡C5、光強調節器6和相機 4構成激光光束參數測量裝置的測量光路，被測激光器輸出的激光束沿著聚焦透鏡1的光軸入射，并被聚焦透鏡1聚焦，經過直角棱鏡A8、直角棱鏡B2和直角棱鏡C5折轉光路后通過光強調節器6，最后入射到相機4的探測面中心，圖像采集卡3將相機4采集到的激光光斑圖像傳送給計算機7，控制器14根據計算機7獲得的圖像數據來判斷相機4是否飽和，并依據判斷結果控制光強調節器6，以使得入射激光光斑的強度處于相機4設定的測試范圍； 測量完一個位置的光斑后，通過一維運動臺12帶動與滑塊9固定在一起的直角棱鏡A8沿聚焦透鏡1的光軸方向移動來改變聚焦透鏡1到相機4間的光程，運動過程中保證相機4 的探測面中心始終在聚焦透鏡1的光軸上，即被測激光光斑始終位于相機4的探測面中心， 從而實現相機4測量軸向不同位置的光斑尺寸，根據設定的雙曲線方程來擬合出雙曲線方程的系數，然后根據雙曲線方程系數與激光束的束腰半徑Qci、發散半角θ、光束參數乘積 BPP及光束質量M2因子間關系式來求解出相應的值。根據光斑光強中心位置與光束強度分布的一階矩間關系
權利要求
1.一種激光光束參數測量裝置，包括測量光路和圖像采集卡( 以及計算機(7)；其特征在于還包括有由滑塊(9)、一維運動臺(1 和控制器(14)構成的光程調節裝置；所述的測量光路是由聚焦透鏡(1)、直角棱鏡A(8)、直角棱鏡BO)、直角棱鏡C(5)、光強調節器(6)和相機(4)構成；所述的聚焦透鏡(1)為正透鏡；所述的直角棱鏡A (8)和直角棱鏡BQ)為等腰直角棱鏡，其各自的兩個直角面上鍍有高反射膜；所述的直角棱鏡C 為等腰直角棱鏡；直角棱鏡A(8)裝置在滑塊(9)上，滑塊(9)裝置在一維運動臺(1 上；相機、圖像采集卡(3)、計算機(7)依次連接；計算機(7)還通過控制器(14)分別連接光強調節器 (6)和一維運動臺(12)；聚焦透鏡(1)的光軸呈水平狀裝置；直角棱鏡A(8)的非直角面朝向聚焦透鏡(1)、并呈垂直方向裝置；直角棱鏡B(2)的非直角面呈垂直方向、且與直角棱鏡A(8)的非直角面相對地裝置在聚焦透鏡(1)的下部；直角棱鏡C 的非直角面對應左下方向、且與水平方向呈45度角裝置，其下部裝置光強調節器(6)；相機(4)裝置在光強調節器(6)的下部。
2.根據權利要求1所述的激光光束參數測量裝置，其特征在于所述的光強調節器(6) 是由吸收型雙光楔光強強度連續調節器。
3.根據權利要求1所述的激光光束參數測量裝置，其特征在于所述的光強調節器(6) 是電光型光強度連續調節器。
4.根據權利要求2或3所述的激光光束參數測量裝置，其特征在于直角棱鏡A(8)和直角棱鏡B (2)的直角面上鍍有對400-1100nm波段高反射膜。
5.根據權利要求4所述的激光光束參數測量裝置，其特征在于所述的相機(4)為CCD 模擬相機或CCD數字相機或CMOS相機。
6.根據權利要求5所述的激光光束參數測量裝置，其特征在于還包括有由指示光源 (13)、反射鏡8(11)、反射鏡八(10)、直角棱鏡((5)、直角棱鏡^2)、直角棱鏡八(8)及聚焦透鏡(1)構成的指示光路；反射鏡A(IO)裝置在直角棱鏡C 的右邊，其反射面對應左下方向、且與水平方向呈45度角裝置，其下部裝置反射鏡B(Il)；反射鏡B(Il)的反射面對應右上方向、且與水平方向呈45度角裝置，其右邊裝置指示光源(1 ；測量光路和指示光路在聚焦透鏡(1)、直角棱鏡A(8)、直角棱鏡BQ)和直角棱鏡C 間共光路。
7.根據權利要求6所述的激光光束參數測量裝置，其特征在于所述的指示光源(13) 為632. Snm波長、TEMOO模式輸出的氦氖激光器。
全文摘要
本發明公開的激光光束參數測量裝置，涉及激光檢測應用技術領域，是由測量光路、光程調節裝置、指示光路以及圖像采集卡3和計算機7構成；測量光路包括聚焦透鏡1、直角棱鏡A8、直角棱鏡B2、直角棱鏡C5、光強調節器6和相機4，光程調節裝置包括滑塊9、一維運動臺12和控制器14，指示光路包括指示光源13、反射鏡B11、反射鏡A10、直角棱鏡C5、直角棱鏡B2、直角棱鏡A8及聚焦透鏡1。本發明具有便于儀器操作人員調整測量光路、并能提高測量裝置的測量精度等特點，適用于光顯示、光信息處理、光通訊、光醫療、光制造、光檢測等各類激光應用設備中激光器的光束參數測量與評價。
文檔編號G01J1/04GK102175311SQ20111004405
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月19日 優先權日2011年2月19日
發明者歐陽國平 申請人:歐陽國平