一种激光光束质量测量装置的制作方法

本实用新型属于激光光束测量装置技术领域，具体涉及一种激光光束质量测量装置。

背景技术：

目前，通常采用刀口法或CCD方法对激光的光束质量特性进行测量分析，然而这两种方法在实际的应用中各具有优缺点。

刀口测量方法一般是利用刀口仪通过多点测量获得对应位置的激光光斑宽度，再经过计算获得光束质量M^2因子、发散角等光束质量特性参数；但是，刀口法一般是通过手工进行测量，不能同时对光束质量的脉冲特性进行测量，且没有现成的测量仪器可供使用。

随着激光技术的不断发展，激光光斑宽度已经到了纳米(nm)级别，而脉冲激光的重复频率也已经在兆赫(MHz)之上。从对激光光束的客观描述角度来讲，极细光束与高重频激光质量都给实际激光的测量带来挑战。因此，对于实现高精度、快速、自动化光束质量测量仪的研究已迫在眉睫。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光光束质量测量装置，能对激光光束的空间与时间特性进行快速、自动及高精度测量，解决了极细激光光斑宽度与脉冲特性的一体化测量问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种激光光束质量测量装置，包括有设置于基板上的位置测量导轨滑台系统、透射-反射系统和探测系统，还包括有设置于基板一侧的激光器，且在该基板上，位置测量导轨滑台系统位于透射-反射系统及探测系统的上部，位置测量导轨滑台系统连接有宽度测量导轨滑台系统，透射-反射系统位于激光器的光输出端，经激光器的光输出端射出的光传播至透射-反射系统后能形成光路系统，探测系统位于该光路系统上。

本实用新型的特点还在于：

位置测量导轨滑台系统，包括有水平设置于基板上的导轨组a，导轨组a上配合架设有能沿着导轨组a滑动的滑台a，滑台a连接丝杠a，丝杠a的一端与步进电机a同轴连接，且步进电机a设置于基板的一侧边处，步进电机a工作时能带动丝杠a转动，从而带动滑台a进行移动，滑台a还与宽度测量导轨滑台系统连接，使滑台a的移动能带动宽度测量导轨滑台系统实现纵向位置移动。

宽度测量导轨滑台系统，包括有固定于位置测量导轨滑台系统内滑台a上的导轨组b；导轨组b与导轨组a垂直，导轨组b上配合的架设有能沿着导轨组b滑动的滑台b，滑台b连接刀口，滑台b连接丝杠b，丝杠b的一端与步进电机b同轴连接，且步进电机b设置于基板的另一侧边处，步进电机b工作时能带动丝杠b转动，从而带动滑台b进行移动，滑台b的移动带动刀口对激光光斑进行部分遮挡。

透射反射系统，包括有靠近激光器输出端设置的平面镜片，经激光器的光输出端射出的光透过平面镜片形成透过光路，在透过光路上 设置有半透半反棱镜，半透半反棱镜将透过光路分成透射光路、反射光路，在透射光路上依次设置有汇聚透镜a及探测系统内的热释电探测器，在反射光路上设置有全反棱镜，经全反棱镜反射的光能形成全反射光路，在形成的全反射光路上依次设置有汇聚透镜b、探测系统内的PIN光电二极管探测器；探测系统由热释电探测器及PIN光电二极管探测器构成。

半透半反棱镜为斜面镀有半透半反膜的棱镜。

全反棱镜为斜面镀有全反膜的棱镜。

本实用新型的有益效果在于：

(1)在激光光束质量特性的测量方面，与现有的手工测量方式相比：本实用新型的激光光束质量测量装置采用电机驱动导轨滑台的移动方式，能在测量激光光斑宽度的同时实现对宽度测量位置的纵向控制与测量，具有快速、自动化及一体化测量的优点。

(2)与现有刀口法激光光束质量测量仪相比，本实用新型的激光光束质量测量装置，将激光光束质量空间特性的测量与时间特性的测量相结合，在实现连续光测量的同时，获得对脉冲光综合特性的测量。

(3)与现有的激光光束质量分析仪器相比，本实用新型的激光光束质量测量装置，采用热释电探测器对激光功率进行测量，获得光斑宽度信息，采用PIN光电二极管测量激光的脉冲特性，能实现对大能源、高重频激光器的测量。

综上所述，本实用新型的激光光束质量测量装置具不仅有结构 简单及操作方便的优点，还具有快速、自动化既一体化测量的优点，能实现对大能源、高重频激光器综合特性的测量分析。

附图说明

图1本实用新型的激光光束质量测量装置的结构示意图。

图中，1.激光器，2.位置测量导轨滑台系统，2-1.导轨组a，2-2.步进电机a，2-3.丝杠a，2-4.滑台a，3.宽度测量导轨滑台系统，3-1.导轨组b，3-2.步进电机b，3-3.丝杠b，3-4.滑台b，3-5.刀口，4-1.平面镜片，4-2.汇聚透镜a，4-3.汇聚透镜b，4-4.半透半反棱镜，4-5.全反棱镜，5-1.热释电探测器，5-2.PIN光电二极管探测器，6.基板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种激光光束质量测量装置，如图1所示，包括有设置于基板6上的位置测量导轨滑台系统2、透射-反射系统和探测系统，还包括有设置于基板6一侧的激光器1，且在该基板6上，位置测量导轨滑台系统2位于透射-反射系统及探测系统的上部，位置测量导轨滑台系统2连接有宽度测量导轨滑台系统3，透射-反射系统位于激光器1的光输出端，经激光器1的光输出端射出的光传播至透射-反射系统后能形成光路系统，探测系统位于该光路系统上。

位置测量导轨滑台系统2，包括有水平设置于基板6上的导轨组a2-1，导轨组a2-1上配合架设有能沿着导轨组a2-1滑动的滑台a2-4，滑台a2-4连接丝杠a2-3，丝杠a2-3的一端与步进电机a2-2同轴连接，且步进电机a2-2设置于基板6的一侧边处，当步进电机a2-2工作时， 能带动丝杠a2-3转动，从而带动滑台a2-4进行移动，滑台a2-4还与宽度测量导轨滑台系统3连接，使滑台a2-4的移动能带动宽度测量导轨滑台系统3实现纵向位置移动。

宽度测量导轨滑台系统3，包括有固定于位置测量导轨滑台系统2内滑台a2-4上的导轨组b3-1，该导轨组b3-1与导轨组a2-1垂直，导轨组b3-1上配合的架设有能沿着导轨组b3-1滑动的滑台b3-4，滑台b3-4连接刀口3-5，滑台b3-4连接丝杠b3-3，丝杠b3-3的一端与步进电机b3-2同轴连接，且步进电机b3-2设置于基板6的另一侧边处，步进电机b3-2工作时能带动丝杠b3-3转动，从而带动滑台b3-4进行移动，滑台b3-4的移动带动刀口3-5对激光光斑进行部分遮挡。

在使用过程中：

在位置测量导轨滑台系统2的作用下，移动宽度测量导轨滑台系统3的纵向位置，获得测量位置Z₁、测量位置Z₂、测量位置Z₃以及对于位置处的相应光的光斑宽度d₁、光斑宽度d₂、光斑宽度d₃，测量位置Z₁、Z₂、Z₃与各位置所测得的相应光斑宽度d₁、d₂、d₃间满足如下公式：

$d_i=A+B\·Z_i+C\·Z_i^2;$

采用以上公式求解出A、B、C系数，然后利用一下公式对光束质量M^2因子、远场光束发散角θ、束腰位置Z₀、束腰宽度d₀的数值进行求解。

$M^2=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\sqrt{AC-\frac{B^2}{4}};$

$\mathrm{\θ}=\sqrt{C};$

$Z_0=-\sqrt{\frac{B}{2C}};$

$d_0=\sqrt{A-\frac{B^2}{4C}}.$

透射-反射系统，包括有靠近激光器1输出端设置的平面镜片4-1，经激光器1的光输出端射出的光透过平面镜片4-1形成透过光路，在透过光路上设置有半透半反棱镜4-4，半透半反棱镜4-4将透过光路分成透射光路、反射光路，在透射光路上依次设置有汇聚透镜a4-2及探测系统内的热释电探测器5-1，在反射光路上设置有全反棱镜4-5，经全反棱镜4-5反射的光能形成全反射光路，在形成的全反射光路上依次设置有汇聚透镜b4-3、探测系统内的PIN光电二极管探测器5-2。

热释电探测器5-1及PIN光电二极管探测器5-2构成探测系统。

经半透半反棱镜4-4反射的光经全反棱镜4-5反射后经汇聚透镜b4-3后进入PIN光电二极管探测器5-2，由PIN光电二极管探测器5-2经过光电转换之后对被测激光器的脉冲特性进行测量。

半透半反棱镜4-4为斜面镀有半透半反膜的棱镜。

全反棱镜4-5为斜面镀有全反膜的棱镜。

本实用新型一种激光光束质量测量装置的使用过程具体如下：

步骤1、使被测激光器1的输出光束垂直入射功率平面镜片4-1的中心位置；

步骤2、开启测量仪器、步进电机阿2-2带动宽度测量导轨滑台系统3回归初始测量位置，此时热释电探测器5-1获得激光束无遮拦 时的最大相对功率；

步骤3、启动测量功能，步进电机a2-2开始工作，滑台b3-4在丝杠b3-3的转动作用下开始移动，带动刀口3-5移动，随着刀口3-5边沿开始部分遮拦被测激光束，热释电探测器5-1获得的激光功率将逐渐减小，当热释电探测器5-1测量功率为最大功率的86％时获得初始位置；

随着刀口3-5继续移动，当热释电探测器5-1测量功率最大功率的14％时获得结束位置，结束位置与初始位置之差即为d₁，其具体数值可通过步进电机a2-2的驱动脉冲进行计算获得，此为一次测量；

步骤4、在位置测量导轨滑台系统2的作用下，带动宽度测量导轨滑台系统3移动纵向测量位置，重复步骤3，获得测量位置Z₂以及相应光斑宽度d₂，此为二次测量。

步骤5、重复步骤4，获得测量位置Z₃以及相应光斑宽度d₃，此为三次测量；

步骤6、在步骤2、步骤3、步骤4及步骤5测量的同时，PIN光电二极管探测器5-2经光电转换后，可获得被测激光器1的时间脉冲特性与重复频率特性。

步骤7、在三组纵向距离与光斑宽度测量完毕之后，经过计算，给出被测激光输出功率、光束质量M^2因子、光束发散角、束腰位置、束腰宽度、脉冲特性与频率特性。

本实用新型一种激光光束质量测量装置，能对激光光束的空间与时间特性进行快速、自动及高精度测量，解决了极细激光光斑宽度与 脉冲特性的一体化测量问题。本实用新型一种激光光束质量测量装置具有操作简单及实用性强的优点，适用于对光强空间分布为高斯型的激光束进行空间与时间特性测量，尤其是测量基模或以基模为主的多模激光光束。