一种激光光场互相干系数测试装置的制作方法

本发明涉及激光技术设备技术领域，具体涉及一种激光光场互相干系数测试装置。

背景技术：

光束质量是激光技术应用极其关键的参数，它是从质的方面来评价激光特性的性能指标，对激光器的设计、制造、检测、应用等方面有重要的作用；因此，更加准确地评估激光光束质量具有实际的意义。

对于全固态和光纤激光器，激光光场相干性对光束质量的影响是可以忽略的，但对于相干性较差的半导体激光，尤其是半导体激光阵列发射出的激光，相干性对光束质量的恶化是必须考虑的。如果要完全准确地获得激光光束的光束质量，需要对激光光场的互相干系数、光强分布与波前分布分别进行测量。光场的光强分布和波前分布可以直接使用近场分析仪、哈特曼传感器或剪切干涉仪等设备进行测试，但激光光场的互相干系数无法通过商用测试仪器直接测得。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种激光光场互相干系数测试装置。

本发明公开了一种激光光场互相干系数测试装置，包括：分束镜、第一全反射镜、第二全反射镜、合束镜、第一光强探测器、第二光强探测器和第三光强探测器；

半导体激光器出射的光束经所述分束镜分成光束ⅰ和光束ⅱ，光束ⅰ经所述第一全反射镜反射，光束ⅱ经所述第二全反射镜反射，反射后的光束ⅰ和光束ⅱ经过所述合束镜后，光束ⅰ反射出的部分光与光束ⅱ透射出的部分光产生干涉叠加；通过调节所述第一全反射镜或第二全反射镜的位置来实现对激光光场不同坐标的叠加，从而获得不同的叠加光场信息；

所述第一光强探测器用于记录光束ⅰ的光强i1，所述第三光强探测器用于记录光束ⅱ的光强i2，所述第二光强探测器用于记录光束ⅰ反射出的部分光强i′1与光束ⅱ透射出的部分光强i′2干涉叠加后的总光强i，根据计算激光光场的互相干系数κ。

作为本发明的进一步改进，i′1＝αi1，α是与第一反射镜、合束镜的反射率相关的常数；i′2＝βi2，β是与第二反射镜、合束镜的透射率相关的常数。

作为本发明的进一步改进，还包括：吸收池；

所述吸收池用于吸收光束ⅰ和光束ⅱ干涉叠加时杂散的光束。

作为本发明的进一步改进，所述第一光强探测器、第二光强探测器和第三光强探测器到所述分束镜的光程均相等、误差小于被测激光波长的1/6。

作为本发明的进一步改进，所述分束镜为半透半反镜，所述分束镜与半导体激光器出射光束的光轴呈45°角放置。

作为本发明的进一步改进，所述第一全反射镜和第二全反射镜均为镀有98％反射率膜层的光学镜片，所述第一全反射镜和第二全反射镜均与半导体激光器出射光束的光轴呈45°角放置。

作为本发明的进一步改进，所述合束镜为一面镀有50％反射率膜层、另一面镀有50％透射率膜层的光学镜片，所述合束镜与半导体激光器出射光束的光轴呈45°角放置。

作为本发明的进一步改进，所述分束镜、第一全反射镜、第二全反射镜和合束镜的宽度、厚度、高度均相同且任意两镜片之间相平行设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一光强探测器的中心轴与光束ⅰ的光轴同轴，所述第二光强探测器的中心轴与光束ⅰ和光束ⅱ干涉叠加光束的光轴同轴，所述第三光强探测器的中心轴与光束ⅱ的光轴同轴。

作为本发明的进一步改进，所述第一光强探测器、第二光强探测器、第三光强探测器用于记录半导体激光光束的光强信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的测试装置通过分束镜将半导体激光器出射的光束分成两束，然后调节全反射镜的位置来实现对激光光场不同坐标的叠加从而获得不同的叠加光场信息，通过光强探测器记录每个位置点光场的光强，根据原始光场和叠加后的光场可计算出整个光场中的互相干系数，进而可精确计算出半导体激光的光束质量；本发明的测试装置对改进半导体激光器的设计、提高光束质量有积极的影响。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的激光光场互相干系数测试装置的结构示意图；

图2为图1中分束镜的结构示意图。

图中：

1、分束镜；2、第一全反射镜；3、第二全反射镜；4、合束镜；5、第一光强探测器；6、第二光强探测器；7、第三光强探测器；8、吸收池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1、2所示，本发明公开了一种激光光场互相干系数测试装置，包括：分束镜1、第一全反射镜2、第二全反射镜3、合束镜4、第一光强探测器5、第二光强探测器6、第三光强探测器7和吸收池8；其中：

本发明的分束镜1、第一全反射镜2、第二全反射镜3、合束镜4均与半导体激光器出射光束的光轴呈45°角放置，四个镜片之间呈矩形布置且两两镜片之间相互平行，第一全反射镜2、第二全反射镜3安装在二维光学仪架上可进行x与y方向的微调。第一光强探测器5的中心轴与经分束镜1分束后光束ⅰ的光轴同轴，第二光强探测器6的中心轴与经分束镜1分束后光束ⅰ和光束ⅱ干涉叠加光束的光轴同轴，第三光强探测器7的中心轴与经分束镜1分束后光束ⅱ的光轴同轴。具体分布为：第一全反射镜2位于分束镜1的右方，第二全反射镜3位于分束镜1的上方，合束镜4位于分束镜1的右上方；第一光强探测器5位于第一全反射镜2的右方，第二光强探测器6位于合束镜4的右方，第三光强探测器7位于第二全反射镜3的上方，吸收池8位于合束镜4的上方。

本发明使用时，半导体激光器出射的光束经分束镜1分成光束ⅰ和光束ⅱ，光束ⅰ经第一全反射镜反射，光束ⅱ经第二全反射镜反射，反射后的光束ⅰ和光束ⅱ经过合束镜后，光束ⅰ反射出的部分光与光束ⅱ透射出的部分光产生干涉叠加；通过调节第一全反射镜2或第二全反射镜3的位置来实现对激光光场不同坐标的叠加，从而获得不同的叠加光场信息；第一光强探测器5用于记录光束ⅰ的光强i1，第三光强探测器7用于记录光束ⅱ的光强i2，第二光强探测器6用于记录光束ⅰ反射出的部分光强i′1与光束ⅱ透射出的部分光强i′2干涉叠加后的总光强i，根据计算激光光场的互相干系数κ。

进一步，分束镜1为背面设有镀银或镀铝等半反射面a的半透半反镜，第一全反射镜2和第二全反射镜3均为镀有98％反射率膜层的光学镜片，合束镜4为一面镀有50％反射率膜层、另一面镀有50％透射率膜层的光学镜片，即合束镜4的左侧一面镀有50％透过率膜层、右侧一面镀有50％反射率膜层，使得光束ⅰ在合束镜4处反射，与经合束镜4透射出的光束ⅱ产生干涉叠加；分束镜、第一全反射镜、第二全反射镜和合束镜的宽度、厚度、高度均相同且任意两镜片之间相平行设置。

进一步，第一光强探测器5、第二光强探测器6和第三光强探测器7到分束镜的光程均相等、误差小于被测激光波长的1/6。

进一步，第一光强探测器5、第二光强探测器6、第三光强探测器7用于记录半导体激光光束的光强信息，可为哈特曼传感器或近场分析仪或剪切干涉仪等。

进一步，吸收池8用于吸收光束ⅰ和光束ⅱ干涉叠加时杂散的光束；吸收池8为激光光束吸收体。

实施例1：

半导体激光器出射的光束经分束镜分成光束ⅰ和光束ⅱ，分别记为i1＝i1(x,y)、i2＝i2(x,y)。经合束镜4，光束ⅰ反射出的部分光，记为i′1＝αi1(x,y)，光束ⅱ透射出的部分光，记为i′2＝βi2(x,y)，两束光产生干涉叠加。其中，α、β是与第一反射镜、第二反射镜及合束镜的反射率、透射率有关的常数。通过平移第二全反射镜3改变光束ⅰ和ⅱ之间的偏移量可实现对光场不同坐标的叠加从而可获得不同的叠加光场信息，当第二全反射镜3移动一定位置(x0,y0)后，光束ⅱ的光场记为i′2＝βi2(x-x0,y-y0)。第一光强探测器5记录光束ⅰ的光强i1，第三光强探测器7记录光束ⅱ的光强i2，第二光强探测器6用于记录光束ⅰ经合束镜反射的部分光强i′1与光束ⅱ经合束镜透射的部分光强i′2干涉叠加后的总光强i，根据公式

即可计算出各个坐标组合下的相干系数κ(x,y,x0,y0)；其中，κ(x,y,x0,y0)表示光束ⅰ与光束ⅱ在第二全反射镜3移动一定位置(x0，y0)后干涉叠加的相干系数。

实施例2：

半导体激光器出射的光束经分束镜分成光束ⅰ和光束ⅱ，分别记为i1＝i1(x,y)、i2＝i2(x,y)。经合束镜4，光束ⅰ反射出的部分光，记为i′1＝αi1(x,y)，光束ⅱ透射出的部分光，记为i′2＝βi2(x,y)，两束光产生干涉叠加。其中，α、β是与第一反射镜、第二反射镜及合束镜的反射率、透射率有关的常数。通过平移第一全反射镜2改变光束ⅰ和ⅱ之间的偏移量可实现对光场不同坐标的叠加从而可获得不同的叠加光场信息，当第一全反射镜2移动一定位置(x0,y0)后，光束ⅰ的光场记为i′1＝αi1(x-x0,y-y0)。第一光强探测器5记录光束ⅰ的光强i1，第三光强探测器7记录光束ⅱ的光强i2，第二光强探测器6用于记录光束ⅰ经合束镜反射的部分光强i1′与光束ⅱ经合束镜透射的部分光强i2′干涉叠加后的总光强i，根据公式

即可计算出各个坐标组合下的相干系数κ(x,y,x0,y0)；其中，κ(x,y,x0,y0)表示光束ⅰ与光束ⅱ在第一全反射镜2移动一定位置(x0，y0)后干涉叠加的相干系数。

本发明的测试装置通过分束镜将半导体激光器出射的光束分成两束，然后调节全反射镜的位置来实现对激光光场不同坐标的叠加从而获得不同的叠加光场信息，通过光强探测器记录每个位置点光场的光强，根据原始光场和叠加后的光场可计算出整个光场中的互相干系数，进而可精确计算出半导体激光的光束质量；本发明的测试装置对改进半导体激光器的设计、提高光束质量有积极的影响。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。