光束取样系统的制作方法

本实用新型涉及光束取样领域，具体而言，涉及一种光束取样系统。

背景技术：

现有的光束参数测量是通过物镜成像原理来完成的。由于其原理使得该系统并不能对千瓦以上功率的光束进行测量，且只能同时测量光束的功率和光束参数，不能同时对光束的光谱进行测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光束取样系统，其能够对瓦级到十万瓦级的激光光束同时进行功率、光谱和光束参数的测量。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种光束取样系统，其包括光学准直组件、光学分束组件、杂光接收组件、功率测量装置、光谱测量装置、滤光组件、衰减片组和光束参数测量仪，所述光学准直组件用于准直射入所述光束取样系统的激光光束形成准直光，所述光学分束组件用于接收所述准直光并将所述准直光分离成参数测量光、功率测量光、光谱测量光和杂光，所述杂光接收组件用于接收所述杂光，所述功率测量装置用于接收所述功率测量光，所述光谱测量装置用于接收所述光谱测量光，所述滤光组件用于接收所述参数测量光形成过滤光，所述衰减片组用于接收所述过滤光形成衰减光，所述光束参数测量仪用于接收所述衰减光。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光学分束组件包括第一劈板、第二劈板和第三劈板，所述第一劈板包括与所述准直光方向相对的第一前表面和与所述第一前表面相背离的第一后表面，所述第二劈板与所述第一劈板相对设置，所述第二劈板具有与所述第一前表面相对的第二前表面和与所述第二前表面相背离的第二后表面，所述第三劈板与所述第二劈板相对设置，所述第三劈板具有与所述第二前表面相对的第三前表面和与所述第三前表面相背离的第三后表面，所述第一前表面将所述准直光部分的反射形成第一前表面反射光，所述第二前表面将所述第一前表面反射光部分的反射形成第二前表面反射光，所述第三前表面将所述第二前表面反射光部分的反射形成所述参数测量光。

在本实用新型较佳的实施例中，所述杂光接收组件包括第一收光组件、第二收光组件和第一反光镜，所述杂光包括第一后表面反射光、第一后表面透射光和第三后表面透射光，所述第一收光组件与所述第一后表面相对设置，所述第二收光组件与所述第三后表面相对设置，所述第一反光镜与所述第一收光组件相对设置，所述第一前表面将所述准直光部分的透射形成第一前表面透射光，所述第一后表面将所述第一前表面透射光部分的反射形成所述第一后表面反射光、将所述第一前表面透射光部分的透射形成所述第一后表面透射光，所述第一反光镜将所述第一后表面反射光全部反射，所述第一收光组件用于接收所述第一后表面透射光与经过所述第一反光镜反射的所述第一后表面反射光，所述第三前表面将所述第二前表面反射光部分的透射形成第三前表面透射光，所述第三后表面将所述第三前表面透射光部分的透射形成所述第三后表面透射光，所述第二收光组件用于接收所述第三后表面透射光。

在本实用新型较佳的实施例中，所述功率测量装置与所述第二后表面相对设置，所述第二前表面将所述第一前表面反射光部分的透射形成第二前表面透射光，所述第二后表面将所述第二前表面透射光部分的透射形成所述功率测量光，所述功率测量装置用于接收所述功率测量光。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光谱测量装置与所述第一前表面相对设置，所述第二后表面将所述第二前表面透射光部分的反射形成所述光谱测量光，所述光谱测量装置用于接收所述光谱测量光。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光学准直组件包括准直器、第一光阑和第二光阑，所述准直器与所述第一前表面相对设置，所述第一光阑设置在所述准直器与所述第一前表面之间，所述第二光阑设置在所述第一收光组件与所述第一后表面之间。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一收光组件和所述第二收光组件为收光筒或功率计，所述功率测量装置为功率计。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光谱测量装置为光谱探头或积分球。

在本实用新型较佳的实施例中，所述滤光组件为二向色镜或过滤片。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光束取样系统整体安装在同一个平台上。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型提供的光束取样系统，通过光学准直组件对被测光束进行准直，再通过光学分束组件将准直光分成不同的测量光束；杂光接收组件能够将大量的激光能量进行收集；滤光组件能够对参数测量光进行过滤，使光束参数测量更为准确。通过光学分束组件和衰减片组可以对光束能量进行衰减，使相应的测量光束处于功率测量装置、光谱测量装置和光束参数测量仪的响应范围内，从而能够实现对瓦级到十万瓦级的激光光束同时进行功率、光谱和光束参数的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的光束取样系统的光路结构示意图。

图2为本实用新型第二实施例提供的光束取样系统的光路结构示意图。

图3为本实用新型第三实施例提供的光束取样系统的光路结构示意图。

图4为本实用新型第四实施例提供的光束取样系统的光路结构示意图。

附图标记：

光束取样系统100，准直器110，第一光阑112，第二光阑114，第一劈板120，第二劈板122，第三劈板124，第一收光筒130，第二收光筒132，第三收光筒134，第四收光筒136，第一反光镜140，第二反光镜142，功率计150，光谱探头160，二向色镜170，衰减片组180，光束参数测量仪200，平台300。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“射入”、“通过”、“穿过”、“形成”等术语并不表示要求光束完全穿透或是分束，而是描述一种光学变化或光学处理。如“通过”仅仅是指光束经过该光学元件之后发生了光学上的变化，使光束受到处理而获得解决技术问题所需要的光束，根据具体实施方案中光学元件的不同，可能是反射也可能是透射。另外，“透射”是指光束入射到某一物质分界面发生折射并穿透该分界面的现象，与“反射”相对。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型的实施例的描述中，光学元件的“前方”、“后方”、“左前方”、“右前方”、“左后方”、“右后方”指的是其相对于光束前进方向的方位。例如，“第一劈板的前方”，指的是光束第一次入射到第一劈板上的那一侧的方向，也就是面朝入射光束和入射方向相对的那一侧；“第一劈板的后方”则指的是光束通过第一劈板从第一劈板内透射出的方向，也就是和出射光束方向相同的那一侧。特别的，对于准直器、第一光阑和第二光阑，例如“准直器的前方”指的是光束经过准直之后出射的那一侧，“第一光阑的后方”指的是与光束传播方向相反也就是面向光束入射的那一侧。

在本实用新型的实施例中，“劈板”指一种光学分束元件，其前后表面为成一定的夹角的平面，一束光通过其前、后表面经过反射可形成不同角度的反射光束。在本实用新型的具体实施例中，第一劈板、第二劈板、第三劈板的透射率均为约96％，也就是其后表面透射光功率约占其前表面入射光功率的96％。在本实用新型的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该光束取样系统的工作原理，只是明显区分了其光学元件之间的相对位置关系，并不能构成对于光路的方向以及光学元件之间的间距的严格限制；为了更清楚地区分经过劈板分束的光束，分束光的方向也并没有严格的按照反射定律或折射定律所限定的角度来表示。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种光束取样系统100，包括准直器110、第一劈板120、第二劈板122、第三劈板124、第一收光筒130、第二收光筒132、第一反光镜140、功率计150、光谱探头160、二向色镜170和衰减片组180。具体摆放位置请参照图1所示，准直器110安装在平台300的一块延伸台上，准直器110安装有第一光阑112，第一光阑112的前方安装有第一劈板120，第一劈板120的后方安装有第二光阑114，准直器110与第一光阑112和第二光阑114严格准直。第二光阑前方设置有第一收光筒130，第一劈板120左前方设置有第一反光镜140，第一反光镜右侧安装有第二劈板122，第二劈板122右后方安装有功率计150，第二劈板122前方安装有第三劈板124，第三劈板124后方设置有第二收光筒132，第二收光筒132左后方设置有光谱探头160，第三劈板124左前方设置有二向色镜170，二向色镜170左前方设置有衰减片组180，且衰减片组180同时设置在光束参数测量仪200的前方，第一劈板120、第二劈板122、第三劈板124、二向色镜170和衰减片组180严格准直。

从激光器发出的一束被测高功率激光光束通过一个光束输出头与准直器110耦合，从准直器110前方出射的准直光束即为光束取样系统100所需要测量的被测光束。经过准直器110准直的被测光束通过第一光阑112入射到第一劈板120的前表面上，由于第一劈板120并非全透，被测光束经过反射形成一束第一前表面反射光，与此同时被测光束经过折射形成一束从第一劈板120前表面入射到第一劈板120后表面的第一前表面透射光。第一前表面透射光入射到第一劈板120后表面上时，经过第一劈板120后表面的反射并经过第一劈板120前表面的折射形成一束第一后表面反射光，与此同时第一前表面透射光通过第一劈板120后表面透射形成第一后表面透射光。第一后表面透射光通过第二光阑114射入第一收光筒130中，第一后表面反射光入射到第一反光镜140上，经过反射同样入射到第一收光筒130内被吸收。设置第一光阑112和第二光阑114的目的是为了确定光路的一致性，如若需要更换光束输出头，则可在更换后调节准直器110的俯仰角度与旋转角度，使被测光束依次通过第一光阑112和第二光阑114的中心，即可快速使被测光束达到进入后端检测系统时所需的准直要求。由于第一劈板120的透过率高达96％，其第一前表面反射光的功率相对原被测光束来说只有原有的4％，因此在不影响被测光束的光束参数的情况下，完成了光功率的衰减；而经过第一劈板120后表面透射的第一后表面透射光，以及经过第一劈板120后表面反射的第一后表面反射光，这两束被过滤掉的光则具有原被测光束约96％的高功率，都被第一收光筒130所吸收。使用第一反光镜140将第一后表面反射光反射，并使用同一个第一收光筒130来完成第一后表面反射光和第一后表面透射光这两束过滤光的吸收，不仅能够避免这部分对光束检测无用的杂光对于系统的干扰或损坏，还减少了所需要使用的收光筒的数量，节省了系统的占用空间并简化了系统的结构。

经过第一劈板120前表面反射的第一前表面反射光，作为新的被测光束入射到第二劈板122的前表面上，经过反射形成一束第二前表面反射光，与此同时经过折射形成一束从第二劈板122前表面入射到第二劈板122后表面的第二前表面透射光。第二前表面透射光入射到第二劈板122后表面上时，经过第二劈板122后表面的反射并经过第二劈板122前表面的折射形成一束第二后表面反射光，与此同时第二前表面透射光通过第二劈板122后表面透射形成第二后表面透射光作为功率测量光，该第二后表面透射光直接入射到功率计150的光敏面上。由于第二后表面透射光是经过第一劈板120前表面反射并经过第二劈板122透射的部分经过衰减过滤的光束，使得其光功率处在功率计150的响应范围内，将测量到的第二后表面透射光功率经过功率标定推算，即可获得原被测高功率激光光束的输出总功率。使用相对较低功率量程的功率计150来测经过衰减过滤的激光光束，避免了长时间使用超高量程的大功率计，减少了功率检测器件的维护成本。

经过第二劈板122后表面反射并经过第二劈板122前表面折射的的第二后表面反射光作为光谱测量光直接入射到光谱探头160的光敏面上，因经过第一劈板120前表面反射与第二劈板122前表面透射，再经过第二劈板122后表面反射与第二劈板122前表面折射这四次光衰减，其光功率已处在光谱探头160的响应范围内，且光束的光谱和光束参数并没有发生改变，因此能够被光谱探头160直接测量出原被测高功率激光光束的光谱。

经过第二劈板122前表面反射的第二前表面反射光入射到第三劈板124的前表面上，经过反射形成一束第三前表面反射光作为参数测量光，与此同时经过折射形成一束从第三劈板124前表面入射到第三劈板124后表面的第三前表面透射光。第三前表面透射光入射到第三劈板124后表面上时，经过第三劈板124后表面的反射并经过第三劈板124前表面的折射形成一束第三后表面反射光，与此同时第三前表面透射光通过第三劈板124后表面透射形成第三后表面透射光。该第三后表面透射光直接入射到第二收光筒132中，并被第二收光筒132吸收；第三后表面反射光射到光束取样系统100外；经过第三劈板124前表面反射的第三前表面反射光入射到二向色镜170的前表面上。该二向色镜170也为一个分束镜，不过和第一劈板120、第二劈板122、第三劈板124所不同的是，只有频率在限定光信号波段外的光信号才能穿透通过该二向色镜170，处在其限定光信号频率波段内的光信号则全部被反射。入射到二向色镜170前表面的参数测量光中，还残留有在激光泵浦中产生的短波长泵浦光，此时通过一个短波才能通过的二向色镜170，使得被测光束中的短波长泵浦光全部穿过该二向色镜170而被滤除，与此同时经过反射的过滤光中不属于原高功率激光光束波段的光噪声也减少了，提升了之后对信号光束参数分析的准确性。

经过二向色镜170反射滤波后的过滤光入射到衰减片组180上，并通过该衰减片组180形成衰减光进入光束参数测量仪200中。衰减片组180可以通过调节衰减倍数在不改变过滤光束参数的情况下衰减其光强(功率)，使衰减光的光强(功率)处在光束参数测量仪200的响应范围内，进而分析出过滤光束的光束参数。由于在整个光束取样系统100中，被测光束通过第一劈板120、第二劈板122、第三劈板124和二向色镜170时都是经其前表面反射取样，并未经过光学元件的透射，只是将激光器输出的高功率强光变成了可供光束参数测量仪200测量的低功率激光光束，并没有影响激光光束的参数。因此，经过光束取样系统100取样过后的过滤光束的光束参数，和进入光束取样系统100前的被测高功率激光光束的光束参数是相同的。衰减片组180的衰减倍数调节范围为0到10⁵以上，因此光束取样系统100至少可以实现对瓦级到十万瓦级的激光光束参数的测量，更高功率的测量主要受限于收光组件和光谱探测装置的承受能力。

由于光束取样系统100整体都固定在同一个平台300上，整个结构相对来说更加紧凑，也更加稳定。需要搬运的时候，光束取样系统100可整体移动更加方便。

第二实施例

请参照图2，本实施例和本实用新型的第一实施例方案最大的不同在于，光束取样系统100中，在第三劈板124的左前方还设置有第二反光镜142和第三收光筒134，第三后表面反射光没有直接射出光束取样系统100外而是入射到第二反光镜142上，并被反射到第三收光筒134内，被第三收光筒134所吸收。由于这部分第三后表面反射光属于对光束测量没有作用的杂光，使其被第三收光筒134吸收，即可避免其在系统外经过反射回到系统内对系统的稳定和取样光束造成影响。

第三实施例

请参照图3，本实施例和本实用新型的第一实施例方案最大的不同在于，光束取样系统100中，在第三劈板124的左前方设置有第二反光镜142，第三后表面反射光入射到第二反光镜142上，并被反射直接射入第二收光筒132中，被第二收光筒132所吸收。本实施例方案和本实用新型的第二实施例方案相比较，没有设置第三收光筒134，减小了对光束取样系统100的空间占用，还使整个光束取样系统100相对结构更为简单。

第四实施例

请参照图4，本实施例和本实用新型的第一实施例方案最大的不同在于，光束取样系统100中，将第一反光镜140换为第四收光筒136，并将二向色镜170去掉，由第三劈板124的第三前表面反射的第三前表面反射光直接射入衰减片组180中，随后被光束参数测量仪200收集。

本实施例中通过第四收光筒136，将经由第一劈板120的第一后表面反射的第一后表面反射光直接收集，消除了经过第一反光镜140反射的光与所述第一前表面反射光的光路交叉产生信号干扰的可能性。同时，在第三前表面反射光内所含不同波长的杂光极少或没有的情况下，去掉二向色镜170，直接将衰减片组180和光束参数测量仪200对准所述第三前表面反射光，简化了光路结构，并缩减了整个光束取样系统100所占用的空间。

在本实用新型的四个具体实施例中，准直器110可以用准直光路进行替代；第一收光筒130、第二收光筒132和第三收光筒134也可由功率计替代；同样的，在不需要测量光功率，只需要测量光谱和光束参数的情况下，功率计150也可以由收光筒替代；在实际使用前，需标定功率计150测量的功率占原激光光束总功率的比例，从而通过测量部分功率而得到总功率的大小；空间允许的情况时，第一反射镜140也可由收光筒替代；光谱探头160可以由积分球或者其他可测量光束光谱的装置替代；二向色镜170可以由过滤片替代，此时穿过该二向色镜170透射光才是经过滤波的过滤光。另外，在被测光束中杂光很少或没有的情况下，也可以去掉二向色镜170或过滤片，这时将衰减片组180和光束参数测量仪200对准第三劈板124的第三前表面反射光即可。需要注意的是，第三后表面反射光的功率非常弱，只占最初原被测光束的十万分之一，一般只有毫瓦级，对整个光束取样系统100的影响可以忽略不计，因此也可以不收集。

综上所述，本实用新型提供的光束取样系统，通过光学准直组件对被测光束进行准直，再通过光学分束组件将准直光分成不同的测量光束；杂光接收组件能够将大量的激光能量进行收集；滤光组件能够对含有不同波长杂光的参数测量光进行过滤，使光束参数测量更为准确。通过光学分束组件和衰减片组可以对光束能量进行衰减，使相应的测量光束处于功率测量装置、光谱测量装置和光束参数测量仪的响应范围内，从而能够实现对瓦级到十万瓦级的激光光束同时进行功率、光谱和光束参数的测量。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。