一种用于Nd：YAG激光器的全口径偏振测量系统及方法

本发明属于激光测量，尤其是涉及一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统及方法。

背景技术：

1、nd：yag激光器由于其高重频、低成本等优点被广泛用于全息照相、照明指示、医美手术等各个领域，其中，空天遥测领域会用到大面积光束，往往需要对其出光进行扩束，该领域的nd：yag激光器工作模式多为脉冲输出，其偏振度测量要求p光与s光来自同一发脉冲，需要使用分束镜。常用的分束镜有pbs或tfp，其原理是激光在光疏-光密界面以布儒斯特角(反射角与折射角垂直)入射时，反射光是垂直于入射面振动的线偏振光(s光反射)，折射光是由平行于入射面振动的线偏振光(p光全透射)与少量垂直于入射面振动的线偏振光(s光部分透射)组成的部分偏振光，通过多次交替镀膜即可实现p光全透射、s光几乎全反射的效果。不同于45°放置的pbs分束立方，tfp由于其放置角度灵活，可以精确控制入射光以布鲁斯特角进入分束膜，减少了p光残余反射。然而，对于大面积光束，其光束直径通常远大于能量计靶面尺寸，在不改变激光能量密度的情况下只能使用精密圆孔等方式控制入射光束直径，这会引入小孔衍射影响。大面积光束不同位置的偏振度可能存在差异，因此，如何快速测量全口径不同区域的偏振度以评价其区域稳定性是nd：yag激光器长期稳定输出需要考虑的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统及方法，提高全口径偏振测量精度和测量效率，简化测量系统的结构。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，包括精密圆孔以及在其之后依次设置的反变迹滤光片、零级1/4波片、零级1/2波片和薄膜偏振片，所述薄膜偏振片的后方设置有第一高损伤阈值能量计，侧方设置有第二高损伤阈值能量计；所述第一高损伤阈值能量计和第二高损伤阈值能量计的靶面直径均大于所述精密圆孔的直径；

4、使用所述全口径偏振测量系统进行测量时，对于基频激光，先使用所述零级1/4波片进行相位调制获得线偏振光，再使用所述零级1/2波片进行相位延迟以获得所需偏振方向的输出；对于倍频激光，直接使用所述零级1/2波片进行相位延迟以获得所需偏振方向的输出；在获得待测激光所需偏振方向的输出后，通过所述第一高损伤阈值能量计和所述第二高损伤阈值能量计完成待测激光全口径偏振度测量，并评价其区域稳定性。

5、进一步地，所述零级1/2波片设置在旋转电位移台上，通过电控旋转。

6、进一步地，所述零级1/4波片设置在旋转镜架上，通过手动旋转。

7、进一步地，所述零级1/2波片和所述零级1/4波片的延迟精度小于λ/300，其中，λ为入射光的波长。

8、进一步地，所述第一高损伤阈值能量计设置在平移导轨上。

9、进一步地，所述全口径偏振测量系统的底部设有伺服电机。

10、进一步地，所述伺服电机为三轴伺服电机，包括x轴电机、y轴电机和z轴电机。

11、本发明还提供一种用于如上所述的用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统的方法，包括以下步骤：

12、获得待测激光所需偏振方向的输出；

13、以光栅扫描方式移动所述全口径偏振测量系统，通过所述第一高损伤阈值能量计和所述第二高损伤阈值能量计测量待测激光全口径偏振度，并评价其区域稳定性。

14、进一步地，待测激光为基频激光时，具体步骤如下：

15、开启nd：yag激光器以基频输出并扩束，微调第一高损伤阈值能量计，使nd：yag激光器发出的基频透射光经过精密圆孔，对准第一高损伤阈值能量计的靶面中心，控制零级1/2波片调整出射光偏振方向，当第一高损伤阈值能量计的示数最大时，旋转零级1/4波片直到第一高损伤阈值能量计的示数再次达到最大，此时第一高损伤阈值能量计与第二高损伤阈值能量计的示数的比值即为单点基频激光偏振度，以光栅扫描方式移动所述全口径偏振测量系统，测量基频激光全口径偏振度，并评价其区域稳定性。

16、进一步地，待测激光为倍频激光时，具体步骤如下：

17、移除零级1/4波片，开启nd：yag激光器以倍频输出并扩束，微调第一高损伤阈值能量计，nd：yag激光器发出的倍频透射光经过精密圆孔，对准第一高损伤阈值能量计的靶面中心，控制零级1/2波片调整出射光偏振方向，当第一高损伤阈值能量计的示数最大时，第一高损伤阈值能量计与第二高损伤阈值能量计的示数的比值即为单点倍频激光偏振度，以光栅扫描方式移动所述全口径偏振测量系统，测量倍频激光全口径偏振度，并评价其区域稳定性。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明系统使用反变迹滤光片削减了大部分光束外围能量，可以削弱扩束后光束外围小孔衍射影响；使用零级1/2波片和零级1/4波片获得待测激光所需偏振方向的输出，当待测激光为倍频输出时，移除零级1/4波片即可；本发明系统集成少量部件即可实现nd：yag激光器的全口径偏振测量，测量精度和效率高，可重复性好，结构简单。

20、2、本发明在测量系统底部安装三轴伺服电机，以光栅扫描方式移动即可测量得到全口径激光偏振度，评价其区域稳定性，显著提升了测量系统的易用性与测量的效率。

技术特征：

1.一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，包括精密圆孔(9)以及在其之后依次设置的反变迹滤光片(2)、零级1/4波片(4)、零级1/2波片(3)和薄膜偏振片(1)，所述薄膜偏振片(1)的后方设置有第一高损伤阈值能量计(5)，侧方设置有第二高损伤阈值能量计(6)；所述第一高损伤阈值能量计(5)和第二高损伤阈值能量计(6)的靶面直径均大于所述精密圆孔(9)的直径；

2.根据权利要求1所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，所述零级1/2波片(3)设置在旋转电位移台上，通过电控旋转。

3.根据权利要求1所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，所述零级1/4波片(4)设置在旋转镜架上，通过手动旋转。

4.根据权利要求1所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，所述零级1/2波片(3)和所述零级1/4波片(4)的延迟精度小于λ/300，其中，λ为入射光的波长。

5.根据权利要求1所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，所述第一高损伤阈值能量计(5)设置在平移导轨上。

6.根据权利要求1所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，所述全口径偏振测量系统的底部设有伺服电机。

7.根据权利要求6所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量系统，其特征在于，所述伺服电机为三轴伺服电机，包括x轴电机(801)、y轴电机(802)和z轴电机(803)。

8.一种基于如权利要求1-7任一所述的全口径偏振测量系统的用于nd:yag激光器的全口径偏振测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量方法，其特征在于，待测激光为基频激光时，具体步骤如下：

10.根据权利要求8所述的一种用于nd：yag激光器的全口径偏振测量方法，其特征在于，待测激光为倍频激光时，具体步骤如下：

技术总结
本发明涉及一种用于Nd：YAG激光器的全口径偏振测量系统及方法，所述全口径偏振测量系统包括精密圆孔、反变迹滤光片、零级1/4波片、零级1/2波片、薄膜偏振片和两台高损伤阈值能量计；使用所述全口径偏振测量系统进行测量时，对于基频激光，先使用所述零级1/4波片进行相位调制获得线偏振光，对于倍频激光，直接使用所述零级1/2波片进行相位延迟以获得所需偏振方向的输出；在获得待测激光所需偏振方向的输出后，通过两台高损伤阈值能量计完成待测激光全口径偏振度测量，并评价其区域稳定性。与现有技术相比，本发明具有测量效率和测量精度高，可重复性好，结构简单等优点。

技术研发人员：马彬,侯志强,李静,赵一鸣,王占山,沈正祥,何春伶,颜冬月
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4