一种高精度氧碘化学激光远场光束质量测量装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于氧贿化学激光器技术领域的远场光束质量测量装置和方法，具体地说 是利用两台红外CCD相机对焦点附近的激光光斑进行成像，利用相位恢复算法计算得到激 光器出口的波前数据，再由近场光强分布数据，最终得到激光器的远场光束质量数据的装 置和方法。
【背景技术】
[0002] 氧贿化学激光器技术的规模越来越大，应用领域不断扩展，而对其光束质量指标 的要求也越来越高，而高精度得远场光束质量测量方法也变得更为急需。
[0003] 现在常用的远场光束质量测量方法是光束质量因子目测量方法，W国军标7367 为例，高能激光光束质量因子目测量方法中约束了利用环围能量法测量远场光束质量的 具体实施，要求聚焦光学系统的相对孔径应与远场光斑探测器间的空间分辨率相匹配，使 平面波理想光束衍射极限直径一维剖面上包含像素数不小于六个。
[0004] 如图1所示，被测激光束经衰减滤波系统和聚焦光学系统后，聚焦于探测器上，数 据采集处理系统获得每一顿光斑强度分布，根据强度分布计算出被测激光束的远场光斑中 环围直径d，按照公式
[0005]
[0006] 式中，目1为单顿采样光束质量因子；d。。为环形束被测光束的远场光斑环围功率 η为环形理想光束衍射极限环围功率时的环围直径，mm;D为被测光束进入测量系统的外 围直径，Dim;f为测量系统等效焦距，Dim;λ为被侧光束波长,mm。
[0007] 送种方法严重依赖于系统中的红外CCD相机性能，同时相机的像元尺寸，动态范 围，聚焦系统焦距等指标都是测量的误差来源。尤其是对于近衍射极限输出的激光束，在焦 点位置光斑的衍射图像的精确采集更加困难。由于红外CCD相机的像素尺寸较大（20微米 左右），送使得测量系统的焦距必须很长才能够分辨出焦点质必处的光强分布。但长焦系统 地加工及检测成本都很高，如何准确测得近衍射极限的远场光束质量变的更加困难。因此 需要研究其他光束质量测量方法，W满足测量的现实需求。
[0008] 相位恢复测量法是借助强度信息，通过一系列迭代算法来进行光场相位恢复的一 种算法，相位恢复技术的基本原理是根据相干广波在自由空间衍射传播的理论，当一束光 沿光轴传播时，会在一定的传播距离上形成衍射光场分布，如图2所示，从光源发出的参考 波入射到被测镜面上，反射后输出光场光波面的复振幅分布就包含了被测镜面的误差信 息，相位恢复技术就是通过计算出射波面的强度来反算入射波面相位的一种方法。
[0009] 相位恢复算法在光学领域主要应用于大型光学零件的在位检测测量，同时利用相 位恢复算法进行激光波前重构的研究也有报道，本发明基于相位恢复算法实现波前重构技 术，结合激光束的其它光学信息，提出了一种高精度的氧贿化学激光光束质量测量测量方 法，并进行了具体实施。送种方法克服了传统远场光束质量目值测量方法的局限，解决了 传统测量方法中由于光斑较小、红外CCD像素较大造成的测量误差，减小了CCD动态范围引 入的测量误差，同时也降低了对成像系统的焦距要求。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是实现一种基于相位恢复算法的氧贿化学激光器光束质量测量装 置和方法，该方法对传统远场光束质量测量方法的有效改进。
[0011] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高精度氧贿化学激光远场光束 质量测量装置，包括衰减分光镜、近场光强分布测量装置、聚焦透镜、分束器、两个光斑测量 装置及数据处理单元；
[0012] 激光束的光路上设有分光器，分光器的一个输出光路上设有近场光强分布测量装 置，另一输出光路上依次设有聚焦透镜和分束器，分束器的两个输出光路上分别设有光斑 测量装置，所述光斑测量装置和近场光强分布测量装置均与数据处理单元连接。
[0013] 所述分光镜的两个输出光路相互垂直。
[0014] 所述分束器的两个输出光路相互垂直。
[0015] 所述光斑测量装置包括导轨和CCD相机；所述CCD相机固定于导轨设置的滑块上， 用于在导轨上沿激光束光轴方向移动；所述CCD相机与光斑测量装置及数据处理单元连 接。
[0016] 所述两个光斑测量装置中的CCD相机分别置于焦点前后的共辆位置。
[0017] 一种高精度氧贿化学激光远场光束质量测量方法，包括W下步骤：
[0018] 数据控制单元控制两个导轨分别位于设定位置；
[0019] 激光束被衰减分光器分成相互垂直的两路光束，其中主光斑被近场光强分布测量 装置接收，经衰减后的次光斑进入聚焦透镜后再次被分束器分成相互垂直的两束光束；两 个CCD相机采集光斑图像并反馈至数据处理单元；
[0020] 数据处理单元根据光斑图像和近场光腔分布测量装置采集的主光斑光束的近场 强度分布数据得到光束的远场光束质量数据，实现氧贿化学激光束远场光束质量的测量。
[0021] 所述两个CCD相机采集光斑图像具体为两个CCD相机分别采集焦面前、后位置的 多幅光斑图像。
[0022] 所述数据处理单元根据光斑图像和近场光腔分布测量装置采集的主光斑光束的 近场强度分布数据得到光束的远场光束质量数据包括W下步骤：
[0023] 数据处理单元将焦面前、后位置的多幅光斑图像利用相位恢复算法得到次光斑的 波前信息；结合近场光腔分布测量装置得到的主光斑的近场强度分布数据，通过数据变换 得到光束的远场光束质量数据。
[0024] 本发明具有W下有益效果及优点：
[00巧]1、本发明远场光束质量的测量精度高，激光束的波前测量精度能够达到1/10入， 克服了传统远场光束质量目值测量方法的局限。
[0026] 2、由于采样的光斑大，解决了传统测量方法中由于光斑较小，红外CCD像素较大 造成的测量误差。
[0027] 3、由于采及图形远离焦点，减小了CCD动态范围引入的测量误差，同时也降低了 对成像系统的焦距要求。
[0028] 4、该方法与传统的环围能量法光束质量目因子测量方法相比，具有精度高；无须 严格的红外相机像素尺寸指标；对聚焦系统的焦距无特别要求等优点。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的测量原理框图；
[0030] 图2是相位恢复算法7K意图；
[0031] 图3是本发明的远场光束质量测量装置示意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0033] 本发明属于氧贿化学激光器技术领域中一种高精度远场光束质量测量方法，其主 要思路是测量焦点附近的光强分布数