[发明专利]一种激光离焦加工时的光斑功率密度场测量建模方法

权利要求书

1.一种激光离焦加工时的光斑功率密度场测量建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：利用激光光斑分析测量平台对某个具体激光光斑的功率和光亮度分布进行测量；

步骤2：通过对测量得到的光亮度数据进行拟合，建立所测光斑的光亮度场数学模型；

步骤3：利用激光光亮度与功率密度之比为常数的性质，基于光斑的光强和功率实测结果，求解出常数值，并建立所测光斑的功率密度场数学模型；

步骤4：根据激光束的传输特性和能量守恒定律，利用所测光斑功率密度场数学模型变换得到与该光斑功率相同半径不同的任意光斑的功率密度场模型；

步骤5：在步骤4所建立的模型基础上，利用激光功率变化时的基本性质，建立任意功率任意半径光斑的功率密度场数学模型。

2.根据权利要求1所述的一种激光离焦加工时的光斑功率密度场测量建模方法，其特征在于：步骤1中的激光光斑分析测量平台主要由激光器、衰减片、激光功率计、高分辨率CCD相机、数据线、计算机和激光光束分析软件组成；

测量原理为利用激光器发射低功率光束，光束首先通过一组衰减片将强度进行衰减，随后射入激光功率计的探测头中，进而测量得到衰减后激光束的功率值，此后，将激光功率计替换成与计算机通过数据线相连接的高分辨率CCD相机，光束在射入CCD相机镜头后，计算机上配套的激光光束分析软件上会显示出镜头上光斑的光亮度分布云图，通过云图可以得到光斑内每个点的光亮度数据和光斑总体光强大小。

3.根据权利要求1所述的一种激光离焦加工时的光斑功率密度场测量建模方法，其特征在于：步骤4中激光束的传输特性是指激光束在空气中会沿双曲线轨迹进行传输，离焦一定距离后可近似看作沿双曲线的渐近线进行直线传输的性质。利用该性质和能量守恒定律推导出同一束激光在不同离焦位置所形成的不同大小光斑间的功率密度场变换式，如下：

上式中ρ_p1(r)表示功率为P₁半径为R的光斑的功率密度场数学模型，r∈[0,R]；

ρ_p1(r₁)表示功率为P₁半径为R₁的光斑的功率密度场数学模型，r₁∈[0,R₁]；

基于该式，利用已测的功率为P₁半径为R₁的光斑的功率密度场数学模型ρ_p1(r₁)，推导与该光斑功率相同半径为任意值R的光斑的功率密度场数学模型ρ_p1(r)。

4.根据权利要求3所述的一种激光离焦加工时的光斑功率密度场测量建模方法，其特征在于：步骤5中激光功率变化时的基本性质是指随着光斑功率增大，光斑内各点功率都等比增大的性质；利用该性质可以得到以下关系式：

上式中ρ_p(r)表示任意功率P任意半径R的光斑的功率密度场数学模型，ρ_p1(r)为通过步骤4得到的功率为P₁半径为任意值R的光斑的功率密度场模型。