[发明专利]一种测量光斑大小的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，尤其涉及一种测量光斑大小的方法和装置。

背景技术

光斑大小即直径是衡量激光光束输出特性的重要参数。

随着人们对激光器研究的深入，关注的重点早已由单纯追求输出激光功率的提升转移到如何获得更高亮度即功率密度的激光光束上来。光束质量作为评价激光亮度的重要指标也获得了研究人员的重视。虽然光束质量的测量方法很多，但归根结底来说都是依靠测量沿着激光传输方向上某一处或多处的激光光斑大小计算得来的。

激光器输出一束激光后，传输特性决定了其并不能直接加以应用。一般都需要通过一系列光学变换才能将激光以需要的传输参数施加到目标上。其中的光学变换过程其实是一整套光学系统设计、加工、装调、使用、评价的流程。而光斑大小是该光学系统不可或缺的设计输入条件和设计依据；而如何评价该套光学系统的设计、使用效果，在一定场合也需要对激光光束经过光学系统后对光束的大小进行衡量，以修正设计值。因此，光斑大小的测量对于激光器和激光应用研究都是非常重要的。

对激光光斑的测量一般有套孔法、刀口法、CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）法等方法。这些方法在国军标GJB5441-2005中都规定了测量的方法。但是在实际应用中，套孔法和CCD法都存在着很多缺陷。

套孔法主要是针对圆形或者是能够预测大致形状且光场分布对称的光斑测量的。而对于很多场合来说，研究人员并不能提前预测光斑的形状，且光斑也存在着各处强度不一致的情况。因此其测试结果不能很精确，在使用上受到了很大的限制。

CCD法主要是利用电荷耦合器件对所能响应波长的光子进行光电转换，用读出电路将电荷进行读出，并通过软件处理后在计算机上将光斑的具体特性显示出来。由于其操作界面直观而成为了近年来研究人员采用的测量光斑大小的通用手段之一。但也存在着很多缺点：首先，CCD作为光电转换器件具有一定的相应波长，对于相应波长之外的激光并不能进行成像、测试，有可能需要配备多个CCD探测器；而一套基于CCD的光束质量测试系统售价昂贵，很多研究单位没有能力配备。其次，光斑图像是通过软件处理的。相关的测试软件设置参数很多、操作较为复杂，需要操作人员具有一定的专业知识并经过相应培训；实际操作中由于某一设置参数设置不正确导致测试失败的可能性较大。

而刀口法由于其具有很强的光斑形状适应能力，且测试中只是采用了光功率计，而与具体激光器的波长相关度不是很大，成本也很低。因此在光斑大小测试用途上具备推广的潜力。但刀口法也有明显的缺点，就是光路调整较为复杂而导致测试精度不够。因此需要有一套专门的装置简化光路调整，提高测试精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种测量光斑大小的方法和装置，简化光斑测量时对于光路的调整，提高测试精度。

本发明采用的技术方案是，所述测量光斑大小的装置，由待测激光器发出待测激光束，该装置包括：导轨、导轨调节架、刀片、刀片调整架、两个通光孔支架以及激光功率计，待测激光器与激光功率计分别位于两个通光孔支架的外侧，其中，

导轨的两端各设有一通光孔支架，两个通光孔支架上相对应的通光孔之间的连线与导轨的轴线平行；

刀片调整架固定在导轨上两个通光孔支架之间，刀片调整架上安装有刀片，刀片调整架在刀片所在平面内对刀片上的刀口移动位置进行调节，以使刀口对穿过相对应的通光孔的待测激光束进行不同程度的遮挡；

导轨调节架对位于其上的导轨进行位置调节，刀片所在平面与导轨的轴线垂直。

进一步的，所述刀片上的刀口的形状为坡型或锲型。

进一步的，所述导轨的一端安装并固定在导轨调节架的固定端，另一端安装在导轨调节架的调节端，通过所述调节端的横向调节螺钉和竖向调节螺钉分别对导轨的方位和俯仰进行调节。

进一步的，所述导轨调节架的长度至少为所述导轨的长度的二分之一。

进一步的，设待测量的激光束的光斑最大直径为D，所述通光孔支架上的通光孔直径在D±40%D范围内，厚度大于等于D/3。

进一步的，所述刀片调整架通过其上的横向螺旋测微器和竖向螺旋测微器分别对刀口在刀片所在平面内的横向和竖向移动位置进行调节。

进一步的，所述横向螺旋测微器和竖向螺旋测微器的精度均在0.05以上。

本发明还提供一种采用所述装置测量光斑大小的方法，包括：

步骤一，将待测激光器发出的激光束穿过导轨一端通光孔支架上的通光孔；