[发明专利]基于光电探测器和CCD相机的光纤激光光束质量测量方法

权利要求书

1.基于光电探测器和CCD相机的光纤激光光束质量测量方法，利用M²因子测量仪评价大尺寸光纤激光光束质量，对被测光束进行光束质量测量，搭建测量光路，其特征在于，首先将被测光束(1)的光轴调水平，在光路中放入分光镜(2)，将被测光束分成反射光束(3)及透射光束(4)两部分，分别用于测量光束的近场与远场，

对于光束近场的测量，利用放置于带有螺旋测微器的三维调节台(5)上的光电探测器(6)进行测量，

对于光束远场的测量，采用聚焦透镜(8)将透射光束(4)聚焦到透镜焦点位置处，即光束远场，并用CCD相机(9)对聚焦光斑成像，通过电脑(10)对成像光斑进行显示和数据采集，

通过对被测光束近场、远场的测量及数据分析，即计算得出光束近场宽度ω_x和ω_y，远场宽度ω_x-far和ω_y-far，进而计算得出相应方向上的光束质量和

所述光电探测器(6)将探测到的光强信息转换成电压信息，通过示波器(7)实时显示出来，光电探测器(6)对同一波长的光的响应是线性的，因此示波器(7)显示的电压值等效为光强值，通过调节带有螺旋测微器的三维调节台(5)的X方向上的螺旋测微器，将光电探测器放置于被测光束沿通过光束中心的X方向的不同位置，进而测量得到不同位置的光强对应的电压值，取点间隔保持固定，取点个数保证最小光强值小于最大光强值的10％，对多点测量得到的电压值做高斯函数拟合，根据拟合函数得出光束近场宽度ω_x，Y方向的测量步骤与X方向相同。

2.根据权利要求1所述的基于光电探测器和CCD相机的光纤激光光束质量测量方法，其特征在于，M²因子的计算过程如下：

M²因子定义式为：

上式中，ω为实际光束的束腰宽度，θ为实际光束的远场发散角，ω₀、θ₀分别为理想光束的束腰宽度和远场发散角，且满足：

其中λ为光波长，将(2)式带入M²因子的定义式可得：

ω_x、ω_y分别为实际光束x、y方向上的束腰宽度；θ_x、θ_y分别为实际光束x、y方向上的远场发散角，因此对光束的M²因子测量便转换为对光束的近场尺寸ω_x、ω_y以及远场发散角θ_x、θ_y的测量，

用1/e²定义对近场光束宽度进行测量，即得到近场尺寸ω_x和ω_y；

对远场的光束宽度计算采用二阶矩的定义公式，如(5)、(6)两式所示，

上面公式中I_far(x,y)为CCD相机探测到的远场光强分布，计算得出远场光斑在x、y方向上的光束宽度ω_x-far和ω_y-far之后，利用公式(8)、(9)，即计算得出光束的远场发散角θ_x和θ_y，式中f为聚焦透镜的焦距，

将(8)、(9)两式分别代入(3)、(4)两式，即得相应方向上的光束质量和为：

利用(5)～(7)和(10)～(11)式即可计算得出相应方向上的光束质量和