[发明专利]一种激光器输出功率检测系统及检测方法

说明书

本发明公开一种激光器输出功率检测系统及检测方法。所述激光器输出功率检测系统结构简单，只需采用矢量涡旋光束生成器，再加一个非局域非线性介质、一个孔径光阑、一个偏振装置和偏振态检测装置即可实现激光器输出功率的检测，装置成本较低且性能十分稳定。由于采用偏振态检测装置来观测矢量涡旋光束的偏振态随激光器输出功率改变前后的旋转角度变化，因此响应速度快。并且本发明提供的激光器输出功率检测系统及方法能够适用于不同种类的生产控制系统，可实时对激光器输出功率进行检测，适用范围更广。

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，特别是涉及一种激光器输出功率检测系统及检测方法。

背景技术

在现代社会的生产加工领域，激光在很多方面都有应用，而矢量涡旋光束是一种各向异性偏振光，即光束横截面不同位置上的偏振态是不同的。正是由于这种新颖的偏振态分布特点，矢量涡旋光束由于其独特的具有螺旋相位的偏振态，在光场时空演化及其与其他物质相互作用中起着非常重要的作用。例如，径向涡旋偏振光束经高数值孔径聚焦，可在焦点附近产生一个很强的纵向光场分量，形成超过衍射极限的聚焦光斑；角向涡旋偏振光束可被聚焦到一个空心暗点。这些特性在粒子加速、单分子成像和近场光学等领域具有潜在的应用价值。非局域非线性介质在过去的几十年里因其传播性质和潜在的应用而引起了极大的兴趣。非局部材料在特定点的折射率与所有其他材料点处的光束强度有关。如果材料响应函数的特征长度远大于波束宽度，则该介质称为强非局域非线性(SNN，Stronglynonlocal nonlinear)介质。光在许多SNN介质中的新现象已被证明，如异相孤子，压缩塌陷，涡旋孤子，多极孤子，旋转呼吸，方位角，椭圆图和自诱导分数傅里叶变换等，光束在非局域非线性介质中的传输受到了广泛的关注。

随着激光技术的日益发展，激光器的应用范围越来越广泛，而激光加工又是激光器在现实生产生活中应用最大的项目，也是提高传统加工产业生产效率最重要的手段。激光加工有着传统加工方式不可比拟的优势，而激光器在对各种不同材料的加工过程中，其输出功率的大小及稳定性对激光加工的整体水平有着直接的影响。如果有一个系统能够实时的检测并监控激光器的输出功率大小及稳定性，那么激光加工的整体水平将得到有效的提高。

最早人们利用激光能量计或激光功率计来探测激光器输出的激光功率值，但是这种方法对测量仪器的探头有一定的要求，常用测量仪器的探头多数为石墨，响应速度比较慢，且需要对其进行水冷才能保证探头的长时间工作，同时这种方法一般不能对激光器的输出功率进行实时测量，在工程应用中很不方便。

考虑到成本，并能有针对性的解决实际工程问题，结合光电子技术来测量激光器输出功率的方法运用的更为广泛，归纳起来，常见的激光器输出功率检测系统通常包括前端的激光取样系统和后端的数据处理及显示系统。常见的激光取样系统主要包括以下几种：

(1)采用旋转光刀法对输出光束进行采样。这种光束取样系统能够在不影响设备正常工作的情况下，实时测量激光器的功率输出。但是受工作环境和光刀等设备的制造工艺影响，采样的结果有时候会不稳定，并且不能用来测量周期性的高频率脉冲激光器的激光输出功率。

(2)在激光器谐振腔的尾镜处对输出光束进行采样。将一面透射率很低的球面反射镜作为激光器谐振腔的尾镜，利用聚焦镜将从尾镜透射出来微弱激光光束经过聚焦之后，入射到探测器上，即可完成采样。这种采样方法集成度高，能够实时检测激光器的输出功率，但是只能用在激光器谐振腔尾镜的透射率不为零的系统中。

对激光器的输出光束进行采样之后，必须经过后端的硬件电路系统对其进行处理与控制，才能构成一个完整的激光器输出功率稳定性监控系统，而常见的后端数据处理及显示系统概括起来主要有以下几种：