使用空间光调制器分解激光模式测量光束M2因子的装置的制作方法

本发明属于激光光束质量检测领域，具体涉及一种使用空间光调制器分解激光模式测量光束m²因子的装置。

背景技术：

一般的激光光束m²因子通过拟合光束传输双曲线法进行检验，该方法在不同位置测量激光光束的光斑半径，不能实时动态测量激光光束的m²因子。由于激光光束由不同模式组成，高阶模的存在会降低激光光束的光束质量，于是提出了分解激光光束模式来测量激光光束的m²因子。模式分解法即通过测量组成激光光束的不同模式的权重来计算激光光束的m²因子。模式分解法在原理上不需要测量不同位置的激光光斑半径，能够实时得到激光光束的m²因子。

2009年，thomas.kasier提出了一种基于计算全息片（cgh）的激光光束模式分解方法。此模式分解法是将已经制作完成的全息片放置在光路中，激光束透过全息片后再经过傅里叶变换透镜，在透镜后焦面测量光斑能量分布，根据能量分布即可计算出激光光束中所含不同模式的权重。

2011年，olivera.schmidt提出模式分解法实时测量激光光束质量，通过调节固体激光器的谐振腔，使激光出射光束模式发生改变，可以看到测得激光光束m²因子实时变化。此实验装置中计算全息片为预先制作完成的，实验中无法对计算全息片进行调节，如果更换激光器，计算全息片需要重新制作，周期长、成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使用空间光调制器分解激光模式测量光束m²因子的装置，利用slm的动态特性解决出射光强度波动范围过大的问题，在满足实现激光光束模式分解测量光束m²因子之外结构更加简单，可调节性大幅度提高，能得到较为准确的测试结果。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种使用空间光调制器分解激光模式测量光束m²因子的装置，包括气浮光学抗震平台、激光器、衰减片、空间光调制器、分光棱镜、透镜、ccd和计算机；激光器、衰减片、空间光调制器、分光棱镜、透镜和ccd均设置在气浮光学抗震平台上；共光轴依次设置激光器、衰减片与分光棱镜，上述器件所在光轴为第一光轴；共光轴依次设置空间光调制器、分光棱镜、透镜与ccd，上述器件所在光轴为第二光轴，第一光轴与第二光轴垂直；空间光调制器位于透镜的前焦面，ccd位于透镜的后焦面，空间光调制器和ccd分别与计算机连接；

计算机将全息图送入空间光调制器，激光器发出激光，经衰减片衰减后，射入分光棱镜分光，分为反射光和透射光，其中反射光射入空间光调制器后，携带全息图信息的反射光再反射回分光棱镜，经分光棱镜入射至透镜，经透镜进行傅里叶变换，之后被ccd接收；ccd将反射光和带全息图信息的折射光变为电信号送入计算机，确定全息图内对不同激光模式所加载载频的位置的灰度值，获得不同模式所占的权重，得到激光光束的m²因子。

所述全息图通过罗曼编码法、博齐编码法或李威汉编码法绘制。

所述分光棱镜的分光面与第一光轴夹角为45°，分光棱镜分出的反射光入射至空间光调制器。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）可以实时测量激光光束m²因子。

（2）通过空间光调制器载入全息图来实现对激光光束模式进行分解，比较方便、可实时调节。

附图说明

图1为本发明的使用空间光调制器分解激光模式测量光束m²因子的装置的整体结构示意图。

图2为本发明实施例1中由李威汉编码法绘制的全息图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种使用空间光调制器分解激光模式测量光束m²因子的装置，包括气浮光学抗震平台1、激光器2、衰减片3、空间光调制器4、分光棱镜5、透镜6、ccd7和计算机8；激光器2、衰减片3、空间光调制器4、分光棱镜5、透镜6和ccd7均设置在气浮光学抗震平台1上；共光轴依次设置激光器2、衰减片3与分光棱镜5，上述器件所在光轴为第一光轴；共光轴依次设置空间光调制器4、分光棱镜5、透镜6与ccd7，上述器件所在光轴为第二光轴，第一光轴与第二光轴垂直；空间光调制器4位于透镜6的前焦面，ccd7位于透镜6的后焦面，空间光调制器4和ccd7分别与计算机8连接。

计算机8将全息图送入空间光调制器4，激光器2发出激光，经衰减片3衰减后，射入分光棱镜5分光，分光棱镜5将光束分为反射光和透射光，其中反射光射入空间光调制器4后，携带全息图信息的反射光再反射回分光棱镜5，经分光棱镜5入射至透镜6，经透镜6进行傅里叶变换，之后被ccd7接收；ccd7将反射光和带全息图信息的折射光变为电信号送入计算机8，确定全息图内对不同激光模式所加载载频的位置的灰度值，获得不同模式所占的权重，得到激光光束的m²因子。

全息图可通过罗曼编码法、博齐编码法或李威汉编码法绘制。

所述分光棱镜5的分光面与第一光轴夹角为45°，分光棱镜5分出的反射光入射至空间光调制器（4），透射光为无效光，不考虑透射光。

实施例1

结合图1，一种使用空间光调制器分解激光模式测量光束m²因子的装置，包括气浮光学抗震平台1、激光器2、衰减片3、空间光调制器4、分光棱镜5、透镜6、ccd7和计算机8；除计算机外的所有装置均设置在气浮光学抗震平台1上；共光轴依次设置激光器2、衰减片3与分光棱镜5，上述器件所在光轴为第一光轴；共光轴依次设置空间光调制器4、分光棱镜5、透镜6与ccd7，上述器件所在光轴为第二光轴，第一光轴与第二光轴垂直；空间光调制器4位于透镜6的前焦面，ccd7位于透镜6的后焦面，空间光调制器4和ccd7分别与计算机8连接。

计算机8将全息图送入空间光调制器4，激光器2发出激光，经衰减片3衰减后，射入分光棱镜5分光，分为反射光和透射光，其中反射光射入空间光调制器4后，携带全息图信息的反射光反射回分光棱镜5，经分光棱镜5入射至透镜6，经透镜6进行傅里叶变换，之后被ccd7接收；ccd7将反射光和带全息图信息的折射光变为电信号送入计算机8，确定全息图内对不同激光模式所加载载频的位置的灰度值，获得不同模式所占的权重，得到激光光束的m²因子。

激光器2采用氦氖激光器。

结合图2，以李氏法绘制氦氖激光器全息图为例：

第一步，确定激光器出射光束的模式种类为厄米-高斯光束。

第二步，根据模式分解理论编写全息图中的透过率函数公式。

第三步，使用matlab软件采用李氏编码法绘制全息图。

光路调制过程如下：

步骤1、打开激光器2，使得激光器2的发出激光，透过衰减片3衰减后，入射到分光棱镜5，分光棱镜5分光，分光棱镜5将光束分为反射光和透射光，反射光入射至空间光调制器4后，携带全息图信息的反射光再反射回分光棱镜5，经分光棱镜5入射至透镜6。

步骤2、装调检测光路：

2-1、调节激光器2与分光棱镜5使激光器2出射的光束能平行入射到空间光调制器4上，经空间光调制器4反射的光能平行入射到ccd7上。

2-2、在计算机8上观察ccd7接收到的光斑，调节ccd7的位置使光斑位于ccd7的中心。

2-3、接通空间光调制器4的电源，由计算机8导入全息图，调整空间光调制器4的位置使入射光斑位于全息图的中心。

步骤3、调节ccd7的曝光时间与增益，使得计算机8上观察得到的光斑不会过暗或过亮。

步骤4、微调空间光调制器4的位置，使得ccd7接收到的光斑分布能较为清晰分辨出不同模式分布在不同位置。

步骤5、确定全息图内对不同激光模式所加载载频的位置的灰度值，获得不同模式所占的权重，得到激光光束的m²因子。

本发明的优点在于通过分解激光光束的模式组成可以实时测量激光光束m²因子，通过空间光调制器载入全息图来实现对激光光束模式进行分解，比较方便、可实时调节。