光电子-激光第11卷第4期2000年8月JOURNALOFOPTOELECTRONICS-LASERVol.11No.4Aug.2000文章编号:1005-008G(2000)04-0372-03大功率激光光束参数的测量方法D雷訇李强左铁钏(北京工业大学国家产学研激光技术中心北京100022)摘要:利用我们正在研制的新型大功率激光光束光斑质量诊断仪实现了大功率激光光束横截面的功率密度分布测量并给出了计算光束位置~束宽~焦点位置~焦斑大小~发散角~焦深和光束质量因子等相关光束参数的数学处理方法G关键词:大功率激光;光束质量诊断仪;光束参数中图分类号:TN247文献标识码:AMeasurmentMethodofHigh-poWerLaserBeamParametersLEIHongLIOiangZUOTie-chuan(BeijingPolytechnicUniversityBeijing100022China)Abstract:Byusingthehigh-poWerlaserbeamanalyzerWearedevelopingthehigh-poWerlaserbeamin-tensitydistributioncanbemeasured.AndthelaserbeamparametersalsocanbeacguiredincludingbeampositionbeamWidthfocuspositionfocusWidthbeamdivergencefocaldepthandthebeamguali-tyfactorM2.KeyWords:high-poWerlaser;laserbeamgualityanalyzer;laserbeamparameters检测[1]G当探针垂直于光束转动时小孔就划出一条剖引言1面线随着整个探针支架的平移就能划出一系列剖面随着大功率激光加工技术成功地应用于机械~电线来从而探测到光束横截面上的光强分布如图2所子~航空~汽车和造船等各行各业许多科研机构积极示G开展大功率激光束的光束参数测量的研究现有商品探针的主要作用是在探测处进行能量采样并由化的测量仪器但由于其特殊的光束特性和很高的功内部通道把它引导至与转轴中心相对静止的探测器率密度许多测量系统在使用上都有一定的局限性G我上G探针按照一定的要求进行设计和制作可使得探针们正在研制的大功率激光光束光斑质量诊断系统目的传输性能和光束的偏振~入射方向等特性无关即T标是能够对聚焦光斑进行测量并作出光束~光斑质量=P0/Pz为常量G其中Pz为在采样点处的入射功率;的评估GP0为出射功率G对不同探针传输率是不同的但这不影响对光束参数的测量因为测得的是相对值G探测器诊断仪工作原理2所得信号再经增益调节~高速A/D转换及数据缓存此诊断系统是基于空心探针对大功率激光光束光通过在采样系统和计算机间建立的双向实时通讯计斑进行直接的测量其结构如图1所示G该方法借助一算机快速的计算和处理最后给出相关光束参数的数个转动的~能传输激光束的空心针而起作用空心针一值结果和横截面功率密度分布的直观图形显示G端的侧表面上开有一小孔由小孔进入的激光束通过内空腔被引导至转轴上由此处的探测器进行D收稿日期:1999-07-24修订日期:1999-10-20基金项目:国防科工委重点予研资助项目第4期雷訇等:大功率激光光束参数的测量方法373在实际测量过程中由于测量点是离散的点所以(Z)式可转换为1(zj)>II*=EE1(zj)1(zj)>yy*=E(3)1(zj)图1探针结构示意图E测出光束的位置后就可以判断激光源的光束位置Fig.1DiagramofthemeaSuringneedleStructure稳定性以及相应地调整运动的光学传输系统,3.3光束半径对光束半径有多种定义如1/eZ定义~功率密度分布转折点的定义及功率密度分布的标准离差定义等目前较通用且较严格的是国际标准化组织(ISO)的定义[Z3],I和y方向上的束宽分别为cI=46Icy=46y(4)光束横截面上的强度分布的二阶矩为图2探针扫描光束横截面1(Iy)(I-I*)ZdIdyFig.2BeamprofileScannedbythemeaSuringneedleZ6I=1(Iy)dIdy3光束参数的计算1(Iy)(y-y*)ZdIdyZ6y=(5)对测得的数据采用相应的数学处理方法可以计算1(Iy)dIdy出相关的光束参数如功率密度分布光束位置光束~~在实际测量中可表示为半径等;通过光轴上的多点测量可得到焦点位置和焦*Z斑大小~发散