一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的装置及方法与流程

本发明属于光学测量，具体涉及一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的装置及方法。

背景技术：

1、随着科学技术的不断发展，航空、航天、车载、医疗等领域的光学系统逐渐朝着小型化、集成化、高效率等方向发展，伴随着光纤技术及应用的不断进步，空间光学与光纤光学组成的光学系统因其小型化、便于集成等特点得到迅速地发展和广泛地应用。该类系统中，准确得测量和评价光纤光束与空间光束的传输特性、二者之间的耦合特性，对提升优化光学系统的综合性能至关重要，一直是该研究领域中的热点。

2、在气象、航空、勘测等领域中应用的光学系统，具有探测目标特性复杂、探测距离远、信号弱等特点，其应用的特殊性使得在这种环境下对空间光学与光纤光学之间耦合效率的测量和评价难以实现，缺乏有效、简捷、准确、直接的方法和手段。

3、为了使光学系统的性能达到最优化，对激光光束在光纤光学与空间光学之间传输及耦合特性进行有效、简捷、准确地测量和评价是必要且重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的装置及方法，能够对激光光束在光学镜头与光纤之间耦合特性进行测量。根据激光光束的传输特性和激光谐振腔的要求。

2、第一方面，本发明提供一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的装置，所述装置包括：第一部件、第二部件、第三部件、第四部件、第五部件、第六部件；

3、所述第一部件，用于产生特定波长的激光光束；

4、所述第二部件，为光学元件，其至少包含3个端面，分别记为m、n、q，其m端与所述第一部件通过光纤连接，其n端与所述第三部件之间通过光纤端头和机械法兰连接；所述第二部件的第m端接收来自所述第一部件传输的激光光束，并传输至所述第二部件的第n端；所述第二部件的第n端接收来自所述第三部件传输的激光光束，并传输至所述第二部件的第q端；

5、所述第三部件，为待测量和评价的光学镜头，用于传输来自所述第二部件第n端或所述第四部件的激光光束，激光光束在第三部件与所述第二部件第n端之间的传播类型为光纤光学-空间光学，该过程中，激光光束由来自所述第三部件传输进入所述第二部件的第n端，并传输至所述第二部件的第q端的过程的传输效率用耦合特性参数η32n来表征；

6、所述第四部件，为已知焦距的单个或多个透镜组合，用于对来自所述第三部件传输的激光光束进行聚焦；

7、所述第五部件，为具有一定反射率的反射镜，用于反射自所述第四部件传输的激光光束的全部或部分能量；

8、所述第六部件，为测量设备仪器，用于探测经所述第二部件第q面输出的激光光束的能量。

9、第二方面，本发明提供一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，所述方法应用于第一方面所述的装置，所述方法包括：

10、s101，在第一部件输出端，使用第六部件测量输出激光的功率pa；

11、s102，将第一部件的输出端与第二部件的第m端口相连接，在第二部件第n端口，使用第六部件测量输出激光的功率pb，并计算激光在该过程的传输效率；

12、将第二部件的第n端口与第三部件的输入法兰相连接；

13、s103，调整使第三部件的光轴，在第三部件的像方平面，使用第六部件测量输出激光的功率pc，并计算激光在该过程的传输效率；

14、s104，沿第三部件的光轴在其后面，放置第四部件，并调整使其光轴与部件的光轴重合，将激光光束聚焦在第四部件后方，在第四部件的像方平面，使用第六部件测量输出激光的功率pd，并计算该过程的传输效率；

15、s105，沿光轴在第四部件的像方平面位置，放置第五部件，使用第六部件测量输出激光的功率pe，并计算该过程的传输效率；

16、s106，调整第五部件的方向，使其法线或球心连线与光轴重合；

17、s107，将第二部件的第q端口与第六部件相连接，使用第六部件测量输出激光的功率p6；

18、s108，通过重复步骤s103～s107，调整光路系统，使得s107测量的功率达到最大；

19、s109，在测量的功率达到最大时，计算激光在光学镜头与光纤之间耦合效率。

20、进一步的，s103中，计算激光在该过程的传输效率

21、进一步的，s104中，计算激光在该过程的传输效率

22、进一步的，s105中，计算激光在该过程的传输效率

23、进一步的，s107中，计算激光在该过程的传输效率η2nq为第二部件中n端口到q端口的传输效率。

24、进一步的，s109中，计算激光经所述第三部件向所述第二部件第n面传输的功率pin＝pa×η2mn×η3×η4×η5×η4×η3，η2mn为第二部件中m端口到n端口的传输效率。

25、进一步的，s109中，计算激光在光学镜头与光纤之间耦合效率

26、本发明实施例的装置和方法可对所述第三部件待测光学系统可进行有效、简捷、准确、直接的测量和评价，为提高光学系统的性能提供依据和指导，缩短研发周期，降低研发成本，提高研发效率。

技术特征：

1.一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的装置，其特征在于，所述装置包括：第一部件1、第二部件2、第三部件3、第四部件4、第五部件5、第六部件6；

2.一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的装置，所述方法包括：

3.根据权利要求2所述的一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，s103中，计算激光在该过程的传输效率

4.根据权利要求3所述的一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，s104中，计算激光在该过程的传输效率

5.根据权利要求4所述的一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，s105中，计算激光在该过程的传输效率

6.根据权利要求5所述的一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，s107中，计算激光在该过程的传输效率η2nq为第二部件中n端口到q端口的传输效率。

7.根据权利要求6所述的一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，s109中，计算激光经所述第三部件3向所述第二部件2第n面传输的功率pin＝pa×η2mn×η3×η4×η5×η4×η3，η2mn为第二部件2中m端口到n端口的传输效率。

8.根据权利要求7所述的一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的方法，其特征在于，s109中，计算激光在光学镜头与光纤之间耦合效率

技术总结
本发明属于光学测量技术领域，公开了一种测量激光在光学镜头与光纤之间耦合效率的装置及方法。包括：第一部件，用于产生激光光束；第二部件，为光学元件，其至少包含3个端面，分别记为m、n、q，第三部件，为待测量和评价的光学镜头，用于传输来自第二部件第n端或第四部件的激光光束，激光光束在第三部件与第二部件第n端之间的传播类型为光纤光学‑空间光学，该过程中，激光光束由来自第三部件传输进入第二部件的第n端，并传输至第二部件的第q端的过程的传输效率用耦合特性参数η<subgt;32n</subgt;来表征，第四部件，为透镜组合；第五部件，为反射镜；第六部件，为测量设备仪器，能够对激光光束在光学镜头与光纤之间耦合特性进行测量。

技术研发人员：靳文华,李彬
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8