[发明专利]激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量装置及方法

权利要求书

1.一种激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量装置，包括测量激光器、分光镜、激光强度探测器、激光玻璃样本和剩余反射探测器，所述分光镜设置在测量激光器的输出光路上，所述激光强度探测器设置在分光镜的透射光路上，所述剩余反射探测器设置在激光玻璃样本的出射光路上，其特征在于：

还包括光纤耦合器、光纤和激光发射器，所述光纤耦合器设置在分光镜的反射光路上，所述光纤耦合器的输出端通过光纤与激光发射器的输入端连接，所述激光发射器设置在激光玻璃样本的入射光路上；

所述激光玻璃样本固定在精密定位运动机构上，所述激光发射器固定在激光发射器运动机构上，所述剩余反射探测器固定在剩余反射探测器运动机构上，所述激光发射器运动机构和剩余反射探测器运动机构为沿圆弧轨迹运动的联动机构。

2.根据权利要求1所述的激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量装置，其特征在于：所述测量激光器与分光镜之间设有功率调整装置、第一高反射镜和光束整形装置。

3.根据权利要求1所述的激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量装置，其特征在于：还包括指示激光器，所述指示激光器通过光开关、第二高反射镜和部分反射镜分别与测量激光器和分光镜光路连接，所述部分反射镜设置在测量激光器与分光镜之间。

4.根据权利要求1所述的激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量装置，其特征在于：还包括数据处理装置，所述数据处理装置的输入端与激光强度探测器和剩余反射探测器的输出端连接。

5.一种激光增益介质包边剩余反射的多角度多点测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）测量激光器输出的测量激光束经过分光镜分成两束，其中一束进入到激光强度探测器，另一束经过光纤耦合装置耦合后，通过光纤和激光发射器照射到激光玻璃样本上，经由激光玻璃样本前表面或者侧表面进入到激光玻璃样本内部，并在激光玻璃样本内部被包边界面反射，经包边界面反射的剩余反射光束被剩余反射探测器接收；

（2）调整精密定位运动机构，使测量激光束从激光玻璃样本前表面或者侧表面入射，入射光线经过折射后以测量角度α1入射到激光玻璃样本包边界面上的某一测量点，采用折射定律计算得到测量激光束在激光玻璃样本前表面或者侧表面的入射光线延长线与包边界面法线的夹角β1：

前表面入射，β1=arcsin([sin(α1)]*n_g/n₀)，

侧表面入射，β1=arccos([cos(α1)]*n_g/n₀)，

其中，n_g表示激光玻璃样本折射率，n₀表示空气折射率；

（3）保持测量点不变，测量角度由α1变为α2，将激光发射器运动机构和剩余反射探测器运动机构的位置沿着圆弧轨迹转动角度Δβ，再沿着平行于测量点法线的方向移动距离Δd1：

Δd1=[d/tan(β2)-d/tan(β1)]-[d/tan(α2)-d/tan(α1)]，

前表面入射，

Δβ=β2-β1=arcsin([sin(α2)]*n_g/n₀)-arcsin([sin(α1)]*n_g/n₀)，

侧表面入射，

Δβ=β2-β1=arccos([cos(α2)]*n_g/n₀)-arccos([cos(α1)]*n_g/n₀)，

其中，d表示测量点到激光玻璃样本侧表面的距离，β2表示测量角度为α2时测量激光束在激光玻璃样本前表面或者侧表面的入射光线延长线与包边界面法线的夹角，

前表面入射，β2=arcsin([sin(α2)]*n_g/n₀)，

侧表面入射，β2=arccos([cos(α2)]*n_g/n₀)；

（4）保持测量角度α1不变，测量点的位置移动距离Δd，

（i）若测量激光束从激光玻璃样本前表面入射，则将激光发射器运动机构和剩余反射探测器运动机构平移距离Δd；

（ii）若测量激光束从激光玻璃样本侧表面入射，则将激光发射器运动机构和剩余反射探测器运动机构沿着平行于包边界面法线的方向移动距离Δd2，再将剩余反射探测器运动机构反方向移动距离2*Δd2：

Δd2=tan(90-α1)*Δd。