[发明专利]一种测量脉冲激光能量的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种激光能量的测量方法，尤其涉及一种采用科学级CCD进行脉冲激光能量测量的方法及系统。

背景技术

激光能量是脉冲激光的一个重要的基本指标，尤其对高功率激光系统，需要确切的知道其输出的脉冲能量是多少，同时也需要知道激光光场的强度分布，因此在用于高功率激光的参数测量组件中，一般均配置有能量测量的能量计和进行光场均匀性测试的科学级CCD器件，分析比较两类器件的测量本质，均是对光场的强度进行测量，系统设计繁琐，成本居高不下。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测量精度高、系统简化以及成本低廉的测量脉冲激光能量的方法及系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种测量脉冲激光能量的方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)建立已知激光光场的强度分布的灰度与激光能量之间的转换关系；

2)获取待测激光光场的强度分布的灰度；

3)根据步骤1)所得到的转换关系将待测激光光场的强度分布的灰度转化成待测激光能量。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)将已知激光能量经过积分球后输入科学级CCD；

1.2)经科学级CCD输入步骤1.1)中已知激光的光场的强度分布的灰度；

1.3)根据已知激光能量和激光光场的强度分布的灰度建立关系曲线。

上述步骤1)的具体实现方式中还包括：

1.4)重复步骤1.1)～1.3)；

1.5)对已建立的已知激光能量和激光光场的强度分布的灰度的关系曲线进行拟合和校正。

上述步骤1.5)中对关系曲线进行拟合的实现方式是最小二乘法。

上述步骤3)的具体实现方式是：

3.1)获取经科学级CCD中每个像元所输出的待测激光光场的强度分布的灰度；

3.2)通过对经科学级CCD中每个像元的激光光场的强度分布的灰度求和来获取经科学级CCD中整体像元所输出的待测激光光场的强度分布的灰度：

3.3)将已经求和的激光光场的强度分布的灰度根据步骤1)所建立的关系曲线获取待测激光的总能量。

上述步骤3)的具体实现方式还包括：

3.4)扣除杂光能量，所述杂光能量是泵浦光、光学表面的剩余反射以及科学级CCD图像中不可避免的杂光。

上述步骤2)的具体实现方式是：待测激光经过积分球后输入科学级CCD并输出待测激光的光场的强度分布的灰度。

一种用于测量脉冲激光能量的系统，其特殊之处在于：所述用于测量脉冲激光能量的系统包括入射激光器、光学劈板、标准能量计、积分球以及科学级CCD；所述光学劈板设置与入射激光器的出射光路上；所述标准能量计设置于光学劈板的反射光路上；所述积分球设置于光学劈板的透射光路上；所述科学级CCD的敏感面和积分球内表面平齐。

上述积分球内表面球面积与科学级CCD的敏感面的面积之比不低于100倍。

上述光学劈板的劈角小于5°。

本发明的优点是：

本发明主要给出一种采用科学级CCD进行脉冲激光能量测量的方法，其目的是替代能量计，将二者进行功能合成，简化系统设计，降低成本，实现能量测量的一种新途径。本发明采用一种能量基准传递装置，将标准能量计的基准传递到CCD输出的灰度单位；采用经过标定的CCD器件进行能量测量，经过特定的数据处理方法，得到输入到CCD靶面的能量值，本发明采用基准转化的思路对CCD进行标定，采用标准能量计、积分球、不镀膜的光学劈板对CCD进行了标定，将标准能量计的基准准确传递到CCD的灰度上，并对CCD的线形动态范围进行了标定，得到CCD光电响应的特征参量；分析了采用CCD的输出灰度——能量测量结果之间的数学表达式；给出了在实际使用中存在背景光噪声情况下的CCD能量测量数据处理方法，给出了测量结果所能达到的精度。在不增加硬件情况下采用数据处理方法扣除背景杂光的影响；以上CCD能量测量方法其误差是确定的，即选定CCD的线性度误差。

附图说明

图1是本发明能量基准-CCD灰度传递示意图；

图2是本发明的CCD能量测量示意图；

图3是科学级CCD得到的一幅典型的近场图像。

具体实施方式

本发明提供了一种测量脉冲激光能量的方法，该方法包括以下步骤：

1)建立已知激光光场的强度分布的灰度与激光能量之间的转换关系：