[发明专利]一种基于labview的光束质量因子的测量分析实现系统及方法

说明书

本发明公开一种基于labview的光束质量因子的测量分析实现系统，包括：初始化模块；串口接收循环模块；UI事件处理循环模块；执行循环模块；循环配置模块和程序接口模块。本发明还提供一种基于labview的光束质量因子的测量分析实现方法。本发明在已有光束分析程序的基础上进行二次开发，提供高效率运行的串口通讯方式，提供对M²测试仪导轨移动的灵活控制，实现激光光束质量因子测量。

技术领域

本发明涉及用于工业过程控制的方法与装置的计算机实现，尤其涉及一种激光光束质量M²因子的检测及实现方法，具体为一种基于labview的光束质量因子的测量分析实现系统及方法。

背景技术

光束质量是激光的一项重要参数，其与激光的应用如成像、加工等领域的各项误差均有很大的关系，因此对于该特性的测量具有重大意义。理想的激光应出射平面波，并能被准直为一束完全等价于圆柱体的光束，其纵向截面为标准的矩形。然而实际中的光束总会具有一定偏差，为高斯光束，并具有双曲线形的截面，该双曲线可用如下公式描述：

W(z)²＝W₀²+Θ²(z-Z₀)² (1)

其中z为传输方向的距离坐标；W(z)为坐标z处光束直径；W₀为束腰直径，即焦点直径；Θ为远场发散角，Z₀为束腰坐标。

激光光束质量因子(M²)是目前常用于评价激光这一准直性优劣的一项核心参数，其定义为光束的束腰-发散角乘积的实际值与理论值之比，该值越接近1，则说明光束质量越好，目前较为主流的测试方法是基于光束传播方程的束宽测量法，也是ISO标准推荐的测量方法，具体产品包括Spiricon公司生产的M²-200系列测量装置。

光束传播方程公式为：

M²＝W₀Θπn/4λ (2)

其中n为激光传输介质的折射率，通常取1；λ为激光波长。实际测量M²时，大多采用多项式拟合的方法，即测量z取不同位置时的光束直径，然后根据最小二乘法拟合出W(z)的数学表达式，即y²＝A*x2+B*x+C的形式，通过将表达式与式(1)对比系数求出各物理量，再代入式(2)获得M²参数，具体内容参考专利CN201610723333、CN201510593334、CN201610820724等，此处不再赘述。

由于多项式拟合在远场位置过于弯曲，直接拟合可能会引入误差，因此在拟合时还可为每个各数据点引入相应的加权系数。

双曲线是轴对称曲线，在远离对称轴时几乎为直线，而在接近对称轴时具有可以反映更多细节的弯曲。因此，为了提高拟合精度，在测量激光光束质量因子时，需要保证瑞利长度Z_R内有足够多的测量点。瑞利长度的表达式为：

Z_R＝W₀/Θ (3)

由于M²在经过透镜聚焦后不变，因此实际测试时会首先使用透镜聚焦以减少测量占用的空间，此时，束腰位置即为焦点位置。

串口是工业控制中通用的计算机与外部串行设备之间的数据通信方式，该方式具有国际通用的标准，其特点为接口简单、使用方便、成本低廉。

Labview是一种专为工业自动化控制、机器视觉、电子模拟仿真、测试测量等设计的具有图形化界面编程语言，其人机界面友好、代码直观、可与其他开发语言相互调用且开发快捷方便，在数据采集和仪器控制方面有很大优势。