[发明专利]基于晶体谐振器的光功率参数测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光功率参数的测量方法和装置，尤其涉及一种基于晶体谐振器的高能激光功率参数测量方法和装置。

背景技术

高能激光器是指平均功率大于万瓦，持续时间达到数秒以上，输出能量在数万焦耳以上的激光器，具有重要的工业和军事应用前景。目前高能激光功率的测量方法主要是光电探测法，将激光入射在积分球、光衰减片等衰减单元进行大倍数光强衰减后入射至光电探测器表面，通过测量输出信号及衰减系数值，得到激光的功率值。这种方法存在的问题是，对于高能和高功率激光需要进行大倍数光强衰减，因此需要对衰减器的衰减系数进行精确标定，导致产生了较大的测量不确定度。

2011年8月公开的基于光压原理测量高能激光能量参数的方法和装置（申请号为201110233271.8），公开了一种利用光压测量激光功率的方法，将激光入射至被变形杆固定的反射镜上，通过反射镜在光压下的多个测量点位移，计算得到激光的功率和能量参数。该方法在是在应用中存在光压引起的位移信号弱，故对位移传感器的精度和分辨率提出了较高的要求，限制了该方法的应用。

发明内容

本发明克服了光电法激光参数测量中需要对激光功率进行大倍数衰减，以及光压法激光参数测量中对位移传感器高精度的要求，提供一种基于晶体谐振器的光功率参数的测量方法和装置。

本发明的解决技术方案为：

一种基于晶体谐振器的光功率参数测量方法，包括以下步骤：

[1]晶体谐振器起振，测量谐振频率本底值f0；

[2]将功率为p1的稳定输出的标定光束入射至晶体谐振器工作面，测量得到谐振频率的峰值f1；

[3]待测量光束入射至晶体谐振器的工作面，测量得到谐振频率值的峰值f；

[4]待测量光束的光功率为：

p=p1(f-f0)/(f1-f0)，其中p为待测量光束的光功率。

一种基于晶体谐振器的光功率参数测量装置，包括晶体谐振器、起振电路和频率测量单元，起振电路的输入端与晶体谐振器的电极相连，起振电路的输出端与频率测量单元电连接，待测量光束入射在晶体谐振器的工作面。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，晶体谐振器的工作面镀有对待测量光束高反射的介质高反射膜。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，介质高反射膜的反射率大于99%。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，晶体谐振器为石英晶振。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，石英晶振的谐振频率为1～20MHz。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，石英晶振工作面的尺度为5～50mm。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，石英晶振为AT切型。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，晶体谐振器的电极为锚型电极，所述电极与起振电路的连接点设置在工作面的背面。

上述基于晶体谐振器的光功率参数测量装置中，光束为功率大于10mW的激光束。

本发明具有的有益效果如下：

1、本发明的测量方法和装置在应用中将入射激光高反射，降低了对测量系统承受激光辐照能力的要求，可用于长时间出光条件下高能激光参数测量；

2、本发明的测量方法和装置可实现对激光光束在线监测同时，对原光束扰动较小，后续光束可继续用于其他激光参数测量及效应实验，提高了实验效费比；

3、本发明的测量方法和装置将激光的功率转换为频率测量，利用现代频率测量技术具有的测量精度和分辨率高等特点，使其可满足不同功率条件下激光参数的测量，适用性强、动态范围大同时具有结构紧凑、工程化简单等特点；

4、本发明在传统晶体谐振器的工作面镀有对测量光束高反射的介质高反射膜，进一步提高了系统的提高了承受激光辐照能力；

5、除了测量光功率外，本发明测量系统还可以测量得到出光时间，从而计算得到光束的能量值。

附图说明

图1是本发明基于晶体谐振器的光功率参数测量装置示意图；

图2为石英晶体谐振器背面的锚型电极布局示意图；

图3为不同功率激光加载下晶体谐振器的频率变化幅值（镀膜晶振）；

图4为根据图3结果得到的激光功率与晶振频率对应关系（镀膜晶振）；

图5为激光加载时长与晶振频率脉冲波形的对应关系（镀膜晶振）；

图6为激光加载下得到的晶振频率变化波形（未镀膜晶振）。