一種用于CCD遠場法光束質量β因子測量的校準系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于激光束光束質量測量校準技術領域，具體設及一種用于CCD遠場法光 束質量0因子測量的校準系統與校準方法，適用于CCD遠場法光束質量0因子測量系統 的校準。
【背景技術】
[0002] 光束質量是評價激光束性能的主要技術指標之一。光束質量評價參數有多種，其 中0因子是普遍采用的一種評價參數，在激光器研制或應用領域，通常采用CCD遠場法對 激光器輸出光束質量0因子進行準確測量，它具有測量方法簡單、并且可實時獲得遠場光 斑空間光強分布的優點。目前，國內外還沒有光束質量0因子測量的標準儀器產品，主要 由自研完成，影響CCD遠場法光束質量0因子測量結果準確性的因素較多，包括CCD探測 器性能參數（像元尺寸、祀面尺寸、線性動態范圍、面響應均勻性等）、聚焦光學系統面形誤 差W及計算軟件處理算法等，測量模型明顯呈非線性，各因素之間相互影響關系也比較復 雜，難W采用不確定度傳遞律進行評定；同時，國內外目前尚缺乏光束質量0因子測量的 計量校準能力，也沒有提出相應的校準方法。現有研究工作主要集中在激光光束質量評價 參數和測量方法上，如《高能非穩腔激光器光束質量評價的探討》（劉澤金，中國激光，1998 年，第25卷第3期；193~196頁）介紹了光束質量0因子及其測量方法；對于CCD探測 器器件性能、光學系統面形誤差的影響也有一些研究，如《光學器件面形誤差對光束質量的 影響》（萬敏，光學學報，2002年，第22卷第4期；495~500頁）、《CCD光電響應非線性特 性對激光遠場焦斑測量及光束質量計算的影響》（賀元興，中國激光，2012年，第39卷第4 期；0408001)等，該些研究為光束質量0因子測量系統設計開發提供了指導依據，但無法 滿足光束質量0因子測量系統高精度計量校準的需求。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了解決現有技術中缺乏CCD遠場法光束質量0因子測量系統 校準能力的問題，本發明提供一種用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準系統，本發 明的另一個目的是提供一種用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準方法。
[0004] 為實現上述目的本發明采用如下技術方案：
[0005] 一種用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準系統，包括前期校準系統和后期 校準系統，
[0006] 所述前期校準系統中平行光源的光經過可變像質裝置進入激光干設儀；
[0007] 所述后期校準系統中平行光源的光經過可變像質裝置進入被校準光束質量0因 子測量系統。
[000引在上述技術方案中，所述的可變像質裝置包括組合透射像差板、圓環遮攔和固定 支座；所述組合透射像差板與圓環遮攔設置在固定支座上，圓環遮攔設置在組合透射像差 板與平行光源之間。
[0009] 在上述技術方案中，所述的組合透射像差板包括若干塊透射像差板，組合透射像 差板波前崎變對應的光束質量在被校光束質量0因子測量系統校準范圍內。
[0010] 在上述技術方案中，所述的透射像差板包括像差鏡、鏡框；其中像差鏡設置在鏡框 中。
[0011] 在上述技術方案中，像差鏡的有效口徑不小于被校光束質量0因子測量系統使 用口徑，0°角透射使用；鏡框的有效口徑與像差鏡相同，并具有角度旋轉調節機構。
[0012] 在上述技術方案中，所述的圓環遮攔的外環與內環同屯、，根據被校光束質量0因 子測量系統中屯、遮攔尺寸的改變對圓環遮攔的外環與內環進行尺寸改變。
[0013] 在上述技術方案中，所述固定支座具有俯仰角、方位角精密調節功能。
[0014] 在上述技術方案中，所述的平行光源工作波長與被校光束質量0因子測量系統 工作波長相同，輸出光束口徑不小于被校光束質量0因子測量系統使用口徑，輸出光束波 前崎變PV值小于A/5。
[0015] 本發明還提供一種用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準系統的校準方法， 包括W下步驟：
[0016] (a)將可變像質裝置設置在激光干設儀出口位置，調節圓環遮攔外圓直徑、內圓直 徑，使圓環遮攔通光口徑與被校光束質量0因子測量系統使用口徑相同；
[0017] 化）啟動激光干設儀，使出射光束w〇°角入射到可變像質裝置上，并保證出射光 束的中屯、軸與可變像質裝置中屯、軸重合，再由標準平面鏡反射，將光束原路返回至激光干 設儀，激光干設儀需經法定計量單位校準；
[0018] (C)根據被校光束質量0因子測量系統所需校準范圍，調整可變像質裝置組合透 射像差板的組合方式或旋轉像差鏡的角度，確保可變像質裝置的波前誤差對應的光束質量 0因子分布在被校光束質量0因子測量系統的校準范圍內；
[0019] (d)激光干設儀測量可變像質裝置（2)的波前誤差，獲得波前誤差澤巧克多項式 表達式36階系數a,(A1)，A1為激光干設儀工作波長，其中i取值從1到36 ;
[0020] (e)在激光干設儀工作波長A1與被校光束質量P因子測量系統工作波長A2不 相同時，由下式計算A2波長下可變像質裝置波前誤差澤巧克多項式表達式各階系數；
[0021]
[0022] 上式中，A1為激光干設儀工作波長，A2為被校光束質量0因子測量系統工作 波長，ai(A1)為激光干設儀測量可變像質裝置波前誤差澤巧克多項式表達式第i階系數， 31(^2)為計算得到對應A2波長下可變像質裝置波前誤差澤巧克多項式表達式第i階系 數，其中i取值從1到36 ;
[0023] (f)根據A2波長下可變像質裝置波前誤差澤巧克表達式，計算出可變像質裝置波 前誤差對應的光束質量0。1;
[0024](g)保持可變像質裝置中組合透射像差板（3)的組合方式與使用角度不變，將可 變像質裝置（2)移動至平行光源出口位置，平行光源需經法定計量單位校準，使出射光束 W0°角入射到可變像質裝置上，并保證出射光束的中屯、軸與可變像質裝置中屯、軸重合，再 共軸進入被校光束質量0因子測量系統，由被校光束質量0因子測量系統測量輸出光束 的光束質量011;
[0025] 化）改變可變像質裝置中組合透射像差板的組合方式或旋轉角度，使得可變像質 裝置波前誤差對應的光束質量在被校光束質量0因子測量系統的校準范圍內變化，且對 應光束質量數據點數不小于4,分別記為0。2, 0。3, 0。4, 0W;
[0026] a)重復步驟（d)~（g)，由被校光束質量0因子測量系統測量得到對應似中 不同組合方式下可變像質裝置對應的光束質量，分別記為012, 013, 014, 015;
[0027] U)對比光束質量0。1~0。占0n~0U數值，給出校準修正因子、測量不確定 度。
[002引所述的步驟（g)中，可變像質裝置在平行光源工作波長下的透過率應滿足被校光 束質量0因子測量系統測量要求。
[0029] 本發明的用于CCD遠場法光束質量0因子測量的一種校準系統與校準方法，其基 本原理是；根據被校光束質量0因子測量系統校準范圍，調整可變像質裝置組合像差板的 組合方式，產生對應校準范圍內多個不同光束質量值，并由激光干設儀測量波前誤差，理論 計算得出對應的光束質量0。;再將可變像質裝置放置在平行光源出口位置，由被校光束質 量0因子測量系統實際測量輸出光束的光束質量01，對比理論計算結果0。與實際測量 結果01，從而完成被校光束質量0因子測量系統的校準。
[0030] 本發明的有益效果在于；采用可變像質裝置模擬產生不同0因子的光束質量，由 理論計算值和實測值對比，從而實現光束質量0因子測量系統的校準，解決了CCD遠場法 光束質量0因子測量不確定度校準的難題，方法簡單有效，精度高。本發明的校準系統與 校準方法為激光束光束質量0因子測量儀的精確校準奠定了技術基礎。
【附圖說明】
[0031] 本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0032] 圖1是本發明的用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準系統結構示意圖。
[0033] 圖2是本發明的用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準系統中可變像質裝 置的透射像差板的結構示意圖。
[0034] 圖3是本發明的用于CCD遠場法光束質量0因子測量的可變像質裝置波前誤差 測量光路不意圖。
[00巧]圖4是本發明的用于CCD遠場法光束質量0因子測量系統校準光路示意圖。
[0036] 圖中，1.平行光源2.可變像質裝置3.組合透射像差板4.圓環遮攔5.固定支 座6.透射像差板7.像差鏡8.鏡框9.角度旋轉調節機構10.標準平面鏡11.干設儀 主機12.采集處理計算機13.被校光束質量0因子測量系統。
【具體實施方式】
[0037] 在圖1~4中，本發明的用于CCD遠場法光束質量0因子測量的校準系統包括平 行光源、可變像質裝置、組合透射像差板、圓環遮攔、固定支座、透射像差板、像差鏡、鏡框、 角度旋轉調節機構、標準平面鏡、干設儀主機、采集處理計算機、被校光束質量0因子測量 系統。
[003引平行光源的工作波長與被校光束質量0因子測量系統工作波長相同，輸出光束 口徑不小于被校光束質量0因子測量系統使用口徑，輸出光束波前崎變PV值小于A/5。
[0039] 可變像質裝置包括組合透射像差板、圓環遮攔、固定支座；其中組合透射像差板與 圓環遮攔設置在固定支座上；圓環遮攔設置在組合透射像差板的前面，圓環遮攔的中屯、與 組合透射像差板的中屯、位置重合。
[0040] 組合透射像差板包括多塊透射像差板，組合透射像差板波前崎變對應的光束質量 在被校光束質量0因子測量系統校準范圍內。
[0041] 透射像差板包括像差鏡、鏡框；其中像差鏡設置在鏡框中，像差鏡有效口徑不小于 被校光束質量0因子測量系統使用口徑，0°角透射使用，主要為慧差像差。鏡框有效口徑 與像差鏡相同，并具有角度旋轉調節機構。
[0042] 圓環遮攔的外環與內環同屯、，并且外環、內環的尺寸可改變，