因子测量方法

文档序号:6248903阅读:729来源:国知局
因子测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于透射型液晶空间光调制器的激光光束 M2 因子测量方法,包括:根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,计算生成所需焦距透镜的理想相位灰度图;搭建光路系统,并调整光路系统中起偏器和检偏器的角度,使液晶空间光调制器处于正确工作状态,然后加载不同焦距透镜的相位灰度图至液晶空间光调制器并采集对应焦距的光斑图像;计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像的光斑半径,并通过曲线拟合计算得到待测激光光束的 M2 因子。本发明具有快速、准确、装置简单和成本低的优点,可广泛应用于光学信息处理领域。
【专利说明】基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于光学信息处理领域,尤其是涉及一种基于透射型液晶空间光调制器的 激光光束M2因子测量方法。

【背景技术】
[0002] 激光技术已经广泛应用于科研、工业、医疗、信息和军事等领域,例如激光切割、激 光打标、光纤通讯、激光测距、激光全息和激光武器等。在激光的实际应用中,光束质量是衡 量激光光束优劣的一项重要指标。
[0003] 光束质量是从质的方面来评价激光的特性,对激光器的设计、制造、检测、应用等 具有重要作用。目前常用来评价激光光束质量的方法包括:斯特列尔比(Strehl Rate)、环 围能量比、原衍射极限倍数因子、M2因子或其倒数K因子(光束传输因子)。不同光束质量 的定义对应于不同的应用目的,所反映光束质量的侧重点也不同。所以,光束质量的好坏, 应视具体的应用目的做出评价。
[0004] 激光光束质量的评价是以应用为先导,对于低功率激光器产生的光强连续分布的 光束截面,常用M2因子来对激光光束质量进行评价。M2因子,亦称光束传输比、衍射极限 倍数因子。国际标准化组织(ISO)制定了激光光束质量的测量标准(ISO 11146:2006),规 定了用M2因子表示激光光束质量的概念和激光光束空间参数的测量方法,克服了常用的光 束质量评价方法的局限。
[0005] 评价激光光束质量的M2因子测量的关键是确定激光光束的束宽,亦即确定激光光 束沿光轴方向截面的能量分布范围。根据公式定义法直接测量激光光束的束宽和远场发散 角从而计算M2因子比较困难,业内通常采用两点法或双曲线拟合法进行测量,但是这两种 方法均需采用高质量无像差透镜、步进电机等机械部件进行精确位移控制,而且其测量周 期长、装置复杂、成本高,这些因素成为了限制其广泛应用的主要原因。


【发明内容】

[0006] 为了解决上述技术问题,本发明的目的是:提供一种快速、准确、装置简单和成本 低的,基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008] 基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量方法,包括:
[0009] S1、根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,计算生成所需焦距 透镜的理想相位灰度图;
[0010] S2、搭建光路系统,并调整光路系统中起偏器和检偏器的角度,使液晶空间光调制 器处于正确工作状态,然后加载不同焦距透镜的相位灰度图至液晶空间光调制器并采集对 应焦距的光斑图像;
[0011] S3、计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像的光斑半径,并通过曲线拟合计 算得到待测激光光束的M2因子。
[0012] 进一步,所述步骤S1,其包括:
[0013] S11、根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,生成所需焦距透镜 相位图;
[0014] S12、对所需焦距透镜相位图的相位值进行2 模除;
[0015] S13、将2 模除后的相位值与0?255这256个灰度值进行线性映射,从而得到 所需焦距透镜的理想相位灰度图。
[0016] 进一步,所述步骤S2中彳合建的光路系统包括激光器、光能哀减系统、起偏器、液晶 空间光调制器、检偏器和图像采集系统,所述激光器发出的激光光束依次经过光能衰减系 统、起偏器、液晶空间光调制器和检偏器后由图像采集系统进行采集,得到激光光束光场分 布。
[0017] 进一步,所述光能哀减系统包括可拆卸固定哀减系数的中性S度滤光片组合和液 晶调光衰减器。
[0018] 进一步,所述液晶空间光调制器的器件参数包括入射波长、分辨率、像元尺寸和相 位调制深度。
[0019] 进一步,所述步骤S3,其包括:
[0020] S31、计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像沿X轴方向和沿y轴方向的光斑 半径;
[0021] S32、测量液晶空间光调制器与图像采集系统之间的距离,曲线拟合光斑半径与 所加载透镜相位灰度图焦距之间的关系,从而确定拟合系数;
[0022] S33、根据计算的光斑半径、确定的拟合参数和测量的距离计算待测激光光束在X 轴方向和y轴方向的M2因子。
[0023] 本发明的有益效果是:基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量光路 系统无需移动任何器件即可准确进行测量,省去了进行精确位移控制的步骤,快速而准确; 相比传统方法,装置结构更简单,测量成本更低。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0025] 图1为本发明基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量方法整体流 程图;
[0026] 图2为步骤Sl的流程图;
[0027] 图3为本发明步骤S3的流程图;
[0028] 图4为激光光束沿光轴方向传播的示意图;
[0029] 图5为激光光束沿光轴方向经透镜变换传播的示意图;
[0030] 图6为本发明基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量方法的光路 系统原理图;
[0031] 图7为本发明双曲线拟合法测量激光光束M2因子的光路系统原理图;
[0032] 图8为本发明基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子的测量结果示意 图;
[0033] 图9为本发明双曲线拟合法测量激光光束M2因子的结果示意图。

【具体实施方式】
[0034] 参照图1,基于透射型液晶空间光调制器的激光光束M2因子测量方法,包括:
[0035] S1、根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,计算生成所需焦距 透镜的理想相位灰度图;
[0036] S2、搭建光路系统,并调整光路系统中起偏器和检偏器的角度,使液晶空间光调制 器处于正确工作状态,然后加载不同焦距透镜的相位灰度图至液晶空间光调制器并采集对 应焦距的光斑图像;
[0037] S3、计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像的光斑半径,并通过曲线拟合计 算得到待测激光光束的M2因子。
[0038] 参照图2,进一步作为优选的实施方式,所述步骤S1,其包括:
[0039] S11、根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,生成所需焦距透镜 相位图;
[0040] S12、对所需焦距透镜相位图的相位值进行2 模除;
[0041] S13、将2 模除后的相位值与0?255这256个灰度值进行线性映射,从而得到 所需焦距透镜的理想相位灰度图。
[0042] 进一步作为优选的实施方式,所述步骤S2中搭建的光路系统包括激光器、光能衰 减系统、起偏器、液晶空间光调制器、检偏器和图像采集系统,所述激光器发出的激光光束 依次经过光能衰减系统、起偏器、液晶空间光调制器和检偏器后由图像采集系统进行采集, 得到激光光束光场分布。
[0043] 进一步作为优选的实施方式,所述光能衰减系统包括可拆卸固定衰减系数的中性 密度滤光片组合和液晶调光衰减器。
[0044] 进一步作为优选的实施方式,所述液晶空间光调制器的器件参数包括入射波长、 分辨率、像元尺寸和相位调制深度。
[0045] 参照图3,进一步作为优选的实施方式,所述步骤S3,其包括:
[0046] S31、计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像沿X轴方向和沿y轴方向的光斑 半径;
[0047] S32、测量液晶空间光调制器与图像采集系统之间的距离,曲线拟合光斑半径与 所加载透镜相位灰度图焦距之间的关系,从而确定拟合系数;
[0048] S33、根据计算的光斑半径、确定的拟合参数和测量的距离计算待测激光光束在X 轴方向和y轴方向的M2因子。
[0049] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0050] 实施例一
[0051] 本实施例对本发明基于透射型液晶空间光调制器的可变焦透镜功能实现方法的 相关理论及原理进行说明。
[0052] 在理想情况下,入射光波通过透镜不同厚度时,产生了不同的相位延迟,故可将透 镜看作是相位型衍射屏。在傍轴近似条件下,由标量衍射理论可知,透镜的相位分布函数 为:
[0053]

【权利要求】
1. 基于透射型液晶空间光调制器的激光光束#因子测量方法,其特征在于:包括: 51、 根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,计算生成所需焦距透镜 的理想相位灰度图; 52、 搭建光路系统,并调整光路系统中起偏器和检偏器的角度,使液晶空间光调制器处 于正确工作状态,然后加载不同焦距透镜的相位灰度图至液晶空间光调制器并采集对应焦 距的光斑图像; 53、 计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像的光斑半径,并通过曲线拟合计算得 到待测激光光束的#因子。
2. 根据权利要求1所述的基于透射型液晶空间光调制器的激光光束#因子测量方法, 其特征在于:所述步骤S1,其包括: 511、 根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数,生成所需焦距透镜相位 图; 512、 对所需焦距透镜相位图的相位值进行2 模除; 513、 将2 Ji模除后的相位值与0?255这256个灰度值进行线性映射,从而得到所需 焦距透镜的理想相位灰度图。
3. 根据权利要求1所述的基于透射型液晶空间光调制器的激光光束#因子测量方法, 其特征在于:所述步骤S2中搭建的光路系统包括激光器、光能衰减系统、起偏器、液晶空间 光调制器、检偏器和图像采集系统,所述激光器发出的激光光束依次经过光能衰减系统、起 偏器、液晶空间光调制器和检偏器后由图像采集系统进行采集,得到激光光束光场分布。
4. 根据权利要求3所述的基于透射型液晶空间光调制器的激光光束#因子测量方法, 其特征在于:所述光能衰减系统包括可拆卸固定衰减系数的中性密度滤光片组合和液晶调 光衰减器。
5. 根据权利要求1所述的基于透射型液晶空间光调制器的激光光束#因子测量方法, 其特征在于:所述液晶空间光调制器的器件参数包括入射波长、分辨率、像元尺寸和相位调 制深度。
6. 根据权利要求3所述的基于透射型液晶空间光调制器的激光光束#因子测量方法, 其特征在于:所述步骤S3,其包括: 531、 计算不同焦距透镜相位灰度图对应光斑图像沿z轴方向和沿_7轴方向的光斑半 径; 532、 测量液晶空间光调制器与图像采集系统之间的距离,曲线拟合光斑半径与所加 载透镜相位灰度图焦距之间的关系,从而确定拟合系数; 533、 根据计算的光斑半径、确定的拟合参数和测量的距离计算待测激光光束在z轴方 向和轴方向的#因子。
【文档编号】G01J1/00GK104406685SQ201410659717
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】田劲东, 张磊, 李 东 申请人:深圳大学
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