[发明专利]一种激光远场桶中功率分布曲线的绝对测量方法

说明书

本发明的目的是提供一种激光远场桶中功率分布曲线的绝对测量方法，以解决现有测量方案没有给出具体的光斑图像复原方法和桶中功率分布曲线获取方案的技术问题。本发明通过高速旋转扫描圆盘带动呈渐开线分布的取样孔阵列对入射激光束进行了整体光斑扫描，并采用一个大面积的光电探测单元获取光强信号，进而得到转动一周的最大功率值即桶中功率值；同时对时序信号进行光斑复原，得到该帧光斑的功率密度分布参数，在光斑图像上按照逐渐改变环围半径的方法获得桶中功率分布相对值，再根据实测得到的桶中最大功率值进行标定，进而得到桶中绝对功率分布曲线。

技术领域

本发明属于激光参数测量技术领域，具体涉及一种激光光束质量参数的测量方法，特别是一种激光远场桶中功率分布曲线的绝对测量方法。

背景技术

在激光参数测量中，桶中功率是一个重要的参数，表示激光束向远场发射的能力。桶中功率是指在激光光斑在某一个环围半径内积分后的最大功率值，桶中功率分布曲线则指当环围半径从小到大变化时桶中功率的变化曲线，其代表了激光束在远场的功率集中度和可聚焦能力。

现有的桶中功率分布曲线绝对测量方法是在激光束前设置可变光阑孔，光阑孔后面设置功率计，记录在光阑孔由小到大变化时的功率参数，进而绘制出光斑半径r和功率p的关系，这种方案是只能对空间光束稳定的光斑进行测量，当远场激光光束不稳定时，强光点的位置发生变化，导致无法采用光阑孔捕捉到激光光强最大值，进而影响到测量精度。

申请号为201710131735.1，发明创造名称为基于平板渐开线孔取样的激光光束质量测量装置和方法，提出了基于扫描圆盘渐开线微孔扫描取样的方法，但是并没有给出具体的光斑图像复原方法和桶中功率分布曲线获取方案，如果数据处理中仅仅根据转速、取样孔和光束的几何映射关系计算，由于转速的不稳定，会出现若干帧图像后期光斑的严重变形的问题，影响到后续桶中功率分布曲线的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光远场桶中功率分布曲线的绝对测量装置及方法，以解决现有测量方案没有给出具体的光斑图像复原方法和桶中功率分布曲线获取方案的技术问题。本发明不仅适用于连续稳定光源，对于空间变换频率不高的其他激光器同样适用。

本发明的技术方案是：

一种激光远场桶中功率分布曲线的绝对测量装置，其特殊之处在于：包括绕中心转轴高速旋转的扫描圆盘、光电探测单元、探测电路和机壳；

探测电路包括反相器、加法器、数据采集单元和处理单元；

扫描圆盘上设置有一组呈渐开线均匀间隔排布且直径相同的取样孔，待测量远场激光束透过取样孔入射至扫描圆盘另一侧的光电探测单元，在扫描圆盘的边沿上设置有一只定位狭缝，在机壳上与定位狭缝相对应的位置设置有红外对管，红外对管的输出信号经过反相器反向为负信号后，与光电探测单元输出的正信号经过加法器叠加后进入数据采集单元，由处理单元根据数据采集单元采集的数据计算得到桶中功率分布曲线参数。

进一步地，扫描圆盘转动时，定位狭缝到达红外对管的对应位置时，待测量远场激光束入射的位置处于渐开线取样孔阵列中的起始孔和终止孔之间。

进一步地，所述的光电探测单元包括光电探测器，光电探测器的前端设置有积分球。

进一步地，所述的取样孔的孔径不大于待测量远场激光束光斑直径的1/5。

进一步地，相邻两只取样孔中心线的间距大于待测量远场激光束尺度。

进一步地，所述的待测量远场激光束尺度为0.1-5mm，取样孔的孔径为0.01-1mm。

进一步地，定位狭缝的长度为3mm，宽度为0.5mm。

进一步地，扫描圆盘的直径为100mm，转速为100-1kHz。