一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置的制作方法

本技术涉及光学质量测量，特别涉及一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置。

背景技术：

1、激光在实际工程、医疗、光学检测等诸多领域均有着广泛的应用，而在不同的应用领域，人们所关注的激光光束参数也有所不同。所以如何测量激光的光束质量成为工程及学术领域的一项研究重点。而根据国外公开科技文献及资料查询，尚无激光光束参数综合测试类产品的相关报道，仅对光束质量、近场强度分布、波前、功率等部分参数有独立的仪器完成相应的测试功能。

2、光束波前作为激光光束重要指标，光束波前检测对激光在实际工程、医疗、光学检测等领域的应用具有重大的价值，国内外越来越多的厂商及科研机构对波前传感器做了许多至关重要的研究。目前实际波前传感器主要有以下几种：哈特曼波前传感器，点衍射干涉仪，横向剪切干涉仪，纵向剪切干涉仪，曲率传感器，四棱锥波前传感器，模式传感器等。其中哈特曼波前传感器具有结构简单、运算速度快、抗振能力强、对测量光束线宽、相干性和偏振态无特殊要求、无需参考光、可实时记录波前变化过程、同时适用于连续光和脉冲光测量等优点，已成为目前最流行、应用最广泛的波前传感技术。

3、虽然光束波前可以直观的探测到激光的光束质量，但是由于探测手段的限制，其只能对于低阶像差进行测量分析。而远场光束质量因子beta是可以衡量激光综合光束质量的重要评价指标，beta因子相对于波前探测更全面的反应了激光的光束质量。国外研究光束质量测试仪主要工作原理包括扫描法、感光/烧蚀法和ccd/阵列探测法等，目前广泛采用的光束质量测试方法是ccd/阵列探测法，由于ccd探测技术具有空间分辨率高、响应速度快、结构紧凑、光谱响应范围宽等诸多优点，已经成为目前激光远场光斑强度测量和光束质量诊断的主要手段。采用ccd探测技术测量beta因子时，对于光束直径具有一定的要求，一般来说通过添加缩束器的手段来匹配对于光束直径的需求，但是通过单一的缩束倍率会使单一设备的适配范围降低，降低了测量设备的适用性。

4、虽然beta因子可以本质上体现出光束质量的好坏，但是较难选取统一的理想光束来作为标准，所以近年来，随着a.e.siegman提出的光束质量m2因子被国际标准化组织的150/tc172/scg/wgi标准草案所采纳，m2因子开始被广泛应用于激光光束质量评价。而国内的m2测量仪器相对国外的来说还比较简陋，功能少，自动化程度低，并且大多没有产品化，还存在于实验室阶段。

5、综上所述，对于激光光束质量来说，单一的评价方式并不全面，只有同时分析激光光束的多项参数才能客观的评价激光光束质量的优劣。而值得注意的是，上述三项测量手段从不同角度给出了激光光束的波前相位信息，而对于近场、强度、偏振信息仍有欠缺，所以为了更加全面的评价激光光束质量，本方案装置除了将htm波前测量、beta因子测量、m2因子测量集成在一起以外，还添加了功率测量、偏振度测量、近场强度分布、光束直径测量、光轴抖动测量的功能。解决了无法使用一台测量设备全面客观评价激光光束质量的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于，针对上述不足之处提供一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，解决了现有技术中单一的测量设备无法适应多种多样的激光参数测量需求以及无法全面评价激光光束质量的问题，并在保证系统功能性和实用性的同时尽量提高了测量系统的集成性以及光束口径适用范围。

2、本实用新型是通过下述方案来实现的：

3、一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，包括缩束器模块、控制单元、功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场beta及m2测量模块和外壳；各个模块和控制单元均设置在外壳中，所述外壳上设置有入射部，所述缩束器模块的输入端与入射部位置相匹配，所述缩束器模块的输出端通过反射结构直接或间接与功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场beta及m2测量模块连接。

4、基于上述一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置的结构，所述缩束器模块的第一输出口与功率测量模块之间设置有第一反射镜，所述第一反射镜的镜面中心与功率测量模块输入口共线，使缩束器模块的输出光线能够通过第一反射镜入射到功率测量模块中。

5、基于上述一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置的结构，所述缩束器模块的第二输出口处设置有第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜；所述第二反射镜与第一分光镜、第二分光镜的中心共线，所述波前测量模块和近场分布测量模块的输入端分别设置在第二分光镜之后的两分光方向上。

6、基于上述一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置的结构，所述第二分光镜和第三分光镜分别设置在第一分光镜的两分光方向上，所述偏振度测量模块和远场beta及m2测量模块分别设置在第三分光镜两分光方向上。

7、基于上述一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置的结构，所述缩束器模块包括主镜组、次镜组和变倍镜组；所述次镜组设置在主镜组之后，所述主镜组和次镜组至少设置为2组，所述变倍镜组至少设置在其中一组主镜组和次镜组之间。

8、基于上述一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置的结构，所述远场beta及m2测量模块包括位移机构、折叠光路和远场相机，所述折叠光路设置在位移机构上，所述远场相机设置在折叠光路的出射方向上；所述远场相机置于光束焦面位置。

9、综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

10、1、本方案集合了多个测量模块，如功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场beta及m2测量模块，能够对待测光束的各类信息进行全方位测量，能够通过各类测量信息全面客观评价激光光束质量，同时本方案中设置有多处反射结构，反射结构可以对光路进行导向，能够将各个模块合理的布置在外壳中，从而减小整体装置的体积。

技术特征：

1.一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，其特征在于：包括缩束器模块、控制单元、功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场beta及m2测量模块和外壳；各个模块和控制单元均设置在外壳中，所述外壳上设置有入射部，所述缩束器模块的输入端与入射部位置相匹配，所述缩束器模块的输出端通过反射结构直接或间接与功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场beta及m2测量模块连接。

2.如权利要求1所述的一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，其特征在于：所述缩束器模块的第一输出口与功率测量模块之间设置有第一反射镜，所述第一反射镜的镜面中心与功率测量模块输入口共线，使缩束器模块的输出光线能够通过第一反射镜入射到功率测量模块中。

3.如权利要求2所述的一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，其特征在于：所述缩束器模块的第二输出口处设置有第二反射镜、第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜；所述第二反射镜与第一分光镜、第二分光镜的中心共线，所述波前测量模块和近场分布测量模块的输入端分别设置在第二分光镜之后的两分光方向上。

4.如权利要求3所述的一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，其特征在于：所述第二分光镜和第三分光镜分别设置在第一分光镜的两分光方向上，所述偏振度测量模块和远场beta及m2测量模块分别设置在第三分光镜两分光方向上。

5.如权利要求4所述的一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，其特征在于：所述缩束器模块包括主镜组、次镜组和变倍镜组；所述次镜组设置在主镜组之后，所述主镜组和次镜组至少设置为2组，所述变倍镜组至少设置在其中一组主镜组和次镜组之间。

6.如权利要求5所述的一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，其特征在于：所述远场beta及m2测量模块包括位移机构、折叠光路和远场相机，所述折叠光路设置在位移机构上，所述远场相机设置在折叠光路的出射方向上；所述远场相机置于光束焦面位置。

技术总结
本技术公开了一种适用于大口径范围的多功能光束质量参数测量装置，包括缩束器模块、控制单元、功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场Beta及M<supgt;2</supgt;测量模块和外壳；各个模块和控制单元均设置在外壳中，所述外壳上设置有入射部，所述缩束器模块的输入端与入射部位置相匹配，所述缩束器模块的输出端通过反射结构直接或间接与功率测量模块、波前测量模块、近场分布测量模块、偏振度测量模块、远场Beta及M<supgt;2</supgt;测量模块连接；本方案集合了多个测量模块，能够通过各类测量信息全面客观评价激光光束质量。

技术研发人员：魏蔚,常艳,石勇,雷德川,高学燕,严伟,何均章,邓婷,李光,解平,彭琛,庞淼,李晨成,李光祥,范鑫燕
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院应用电子学研究所
技术研发日：20231121
技术公布日：2024/7/29