[发明专利]手持式激光光束分析仪

说明书

技术领域

激光器输出光束质量分析及功率测量属激光技术领域。实时、准确测量激光束空间能量分布等参数并对测量结果给出综合性分析和评价，对激光器研究、开发及应用有重要意义。

已有激光光束分析仪器产品，规格齐全(移动扫描式、照相机式、M²因子式等；适用波长从200nm到1100nm，测量功率从nW到kW)，用途广泛，但都为置于光路中固定使用，数据传输到电脑进行处理，适宜实验室条件下使用。然而，激光器很多应用是在实验室之外的，比如工业激光加工现场，医学激光临床治疗，激光通信设备，军用激光武器战地演习甚至实战等。无疑这些现场应用的激光器也都有实时检测的需求。因此一种手持使用具有防抖功能、接收显示一体化、内置电源的激光光束分析仪是需要的。

背景技术

本发明建议的新型(照相机式)手持式激光光束分析仪，其测量范围0.01-1W，连续和脉冲激光适用，波长范围400-1100nm，配置防抖功能。

选用面阵CCD接收器有效像素30万(500(H)×582(V))，面积5.16mm(H)×6.71mm(V)；中心波长520nm；快门速度1/60-1/100,000秒。考虑CCD接收面积的选择：根据激光(高斯光束)传输理论，激光束腰半径ω₀定义为：能量下降到最大值1/e处的光束半径。距离光腰z处，横模截面大小

ω(z)＝ω₀[1+(z/z₀)²]^1/2

式中，共焦参数z₀＝πω₀²n/λ，λ表示被测光波长。一般情况下，瓦级左右的激光束腰大小为毫米量级。测量位置z不是距离激光器无穷远，比值z/z₀小于1。以ω₀～1mm，λ＝1064nm为例，如果在距离激光器1m左右处测量，ω(z)＝～1.056ω₀。再考虑CCD快门速度：其下限1/60秒，相当于照相机启用闪光灯时被拍照物亮度所需要的曝光时间。由于测量对象是激光束，而且光束大小基本充满CCD接收面，其亮度远高于普通拍照物亮度(高亮度正是激光最主要的特征)，测量时快门速度远小于1/60秒。因此，数据采集期间手持抖动对测量结果影响应该比较小。辅以防抖技术可以更好地保证测量准确性。

被测的瓦级激光束不能直射到CCD接收器上。否则，轻则接收器饱和，重则烧坏接收器。因此，必须设计一个具有一定谱宽，而且衰减倍率适当的能量衰减器置于CCD之前。一般地，衰减激光能量有三种传统方式：光学材料吸收式、玻片堆透射式、偏振式。三种方式各有不足之处。吸收式由于镜片吸收激光能量而产生热畸变，而且不适用于大功率激光束；透射式用N片玻片与入射光呈小角度放置，玻片反射的杂散光在镜筒内形成光噪声，而且光束透过玻片堆后错位严重，不利调整光路；偏振式用晶体棱镜器件，体积大，安装结构复杂，造价高。本发明专门设计了不同于上述方式的反射+偏振式激光能量衰减器。

发明内容

1以CCD接收器为核心，设计了硬件电路。电路中主要功能芯片包括：主频300MHz的TMS320VC5502型数字信号处理器(DSP)；容量256K的39VF400A型程序存储器(FLASH)和容量512K的IS61LV51216型数据存储器(RAM)；26万色2.8′TFT型触摸彩色液晶显示屏(320x240像素)。