專利名稱：激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及儀器校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在近十幾年新興發(fā)展的激光微細(xì)加工、醫(yī)用激光源診斷治療、激光雷達(dá)、慣性約束核聚變等高新技術(shù)中，對(duì)于激光光束聚焦程度，光束模式等光束質(zhì)量提出了更為嚴(yán)格的要求，同時(shí)對(duì)激光光束經(jīng)大氣或光學(xué)兀件的傳輸特性需要有更為準(zhǔn)確的描述和控制。這對(duì)于用來衡量激光光束質(zhì)量，表征激光光束傳輸特性的激光空域參數(shù)的準(zhǔn)確有效測(cè)量提出了更高要求。激光光束寬度是最基本的激光空域參數(shù)，也是確定其他重要空域參數(shù)如光束發(fā)散角，激光光束傳輸比因子，激光光束聚焦特征參數(shù)值等的必要測(cè)量值。激光光束分析儀是測(cè)量光束寬度的常見儀器，激光光束分析儀的校準(zhǔn)需求日益增加，但對(duì)于激光光束分析儀的校準(zhǔn)仍無有效、準(zhǔn)確、可靠的校準(zhǔn)方法和系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實(shí)用新型提供一種激光光束分析儀的校準(zhǔn)系統(tǒng)，用以解決激光光束分析儀，尤其是激光光束分析儀標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值溯源問題，保證激光光束分析儀測(cè)量光束寬度的準(zhǔn)確、有效性。本實(shí)用新型還提供一種基于激光光束分析儀校準(zhǔn)方法的的系統(tǒng)。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種激光光束分析儀的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括激光器、平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置、衰減器、具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌以及被校激光光束分析儀；所述平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置用于將所述激光器發(fā)出的激光束整形成平行光場(chǎng)；所述衰減器緊貼在所述光闌位于入射光一側(cè)的端面上，用于調(diào)節(jié)入射到所述光闌上的平行光束的強(qiáng)度，以及減少背景輻射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；所述具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌緊貼在所述被校激光光束分析儀探測(cè)器的傳感面上，用于將入射的平行光束整形成標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束；所述被校激光光束分析儀用于測(cè)量所述標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束。如上所述的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，優(yōu)選的是，所述平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括依次設(shè)置在校準(zhǔn)系統(tǒng)光路上的與所述激光器波長匹配的光纖準(zhǔn)直器、單模光纖和光學(xué)會(huì)聚模塊；所述光纖準(zhǔn)直器用于將激光束耦合至所述單模光纖；所述單模光纖用于形成點(diǎn)光源；所述光學(xué)會(huì)聚模塊用于將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為平行光束場(chǎng)。如上所述的激光光束分析儀測(cè)量校準(zhǔn)系統(tǒng)，優(yōu)選的是，所述光闌采用銦鋼材料。如上所述的激光光束分析儀測(cè)量校準(zhǔn)系統(tǒng)，優(yōu)選的是，所述激光器為氦氖激光器。[0019](三)有益效果本實(shí)用新型所提供的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，通過構(gòu)造的平行光場(chǎng)，并經(jīng)一具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌形成光束寬度已知的平頂光束，被校激光光束分析儀測(cè)量該平頂光束的束寬，并比較測(cè)量值和光束寬度標(biāo)準(zhǔn)值，使得激光光束分析儀光束寬度測(cè)量值可直接溯源至計(jì)量準(zhǔn)確度非常高的長度量值，實(shí)現(xiàn)激光光束分析儀的校準(zhǔn)。該系統(tǒng)有效可行，準(zhǔn)確穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，量值復(fù)現(xiàn)性好，解決了激光光束分析儀光束寬度量值的溯源問題，并大大提高了校準(zhǔn)精確度。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一中激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一中平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置的組成示意圖。其中，1:激光器；2:平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置；3:衰減器；4:光闌；5:被校激光光束分析儀；6:圖像采集及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；7:光纖準(zhǔn)直器；8:單模光纖；9:光學(xué)會(huì)聚裝置；10:激光束；11:平行光束場(chǎng)；12:點(diǎn)光源。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。實(shí)施例一圖1所示為本實(shí)用新型實(shí)施例中激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成示意圖。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)包括激光器1、平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置
2、衰減器3、具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌4以及被校激光光束分析儀5。為了減小衍射影響，光闌4必須緊貼在被校激光光束分析儀5探測(cè)器的傳感面上；平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置2用于將激光器I發(fā)出的激光束10整形成平行光束場(chǎng)11，得到校準(zhǔn)用平行光束；為了使得入射激光的功率密度不超過被校激光光束分析儀5探測(cè)器的損傷閾值或工作范圍，得到的平行光束需要經(jīng)過一衰減器3的衰減，然后再經(jīng)具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌4得到標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束，其中，平頂光束的光束寬度等于光闌4的孔徑。同時(shí)，為了減少背景輻射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，衰減器3需緊貼在光闌4位于入射光一側(cè)的端面上。然后被校激光光束分析儀5測(cè)量光束寬度已知的平頂光束的束寬，由于光闌4為平頂光束提供了精確度非常高的標(biāo)準(zhǔn)寬度值，使得校準(zhǔn)的不確定度大幅降低。本實(shí)施例中激光器I可以米用光束質(zhì)量良好且穩(wěn)定的氦氖激光器，輸出的激光束10進(jìn)入平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置2，以形成平行光束場(chǎng)11。光闌4則采用熱膨脹系數(shù)小的材料，如:銦鋼材料，保證其已校準(zhǔn)過的孔徑標(biāo)準(zhǔn)值的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要保證被校激光光束分析儀5探測(cè)器的傳感面足夠大，可以接收平頂光束的整個(gè)橫截面，其中，未接收到的功率不應(yīng)超過平頂光束總功率的1%，如:當(dāng)采用4sigma光束寬度算法時(shí)，探測(cè)器的傳感面直徑應(yīng)大于平頂光束最大寬度的2倍。為形成平行光束場(chǎng)11，優(yōu)選平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置2包括依次設(shè)置在校準(zhǔn)系統(tǒng)光路上的與激光器I波長匹配的光纖準(zhǔn)直器7、單模光纖8和光學(xué)會(huì)聚模塊9，如圖2所示，光線準(zhǔn)直器7用于將激光束10耦合至單模光纖8，以在單模光纖8的另一端形成點(diǎn)光源12，再經(jīng)光學(xué)會(huì)聚模塊9形成寬度遠(yuǎn)大于光闌4孔徑的平行束光場(chǎng)11。其中，光學(xué)會(huì)聚模塊9可以為一凸透鏡，而單模光纖8的一端位于凸透鏡一側(cè)的焦點(diǎn)處，則經(jīng)過光學(xué)會(huì)聚模塊9后的激光束10被整形為平行光束場(chǎng)11。需要說明的是，能夠形成平行光場(chǎng)的平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置2的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，并不局限于上述一種，其都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的具體工作過程為:激光器I發(fā)出的激光束10經(jīng)過平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置2形成平行光束場(chǎng)11，然后經(jīng)衰減器3衰減到適合被校激光光束分析儀5探測(cè)器響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，再通過光闌4，產(chǎn)生光束寬度等于光闌4孔徑的平頂光束，探測(cè)器接收平頂光束，并通過圖像采集及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)6測(cè)得光束寬度(采用的光束寬度算法通常有4sigma、移動(dòng)刀口法、移動(dòng)狹縫法)。測(cè)得的光束寬度與光闌4孔徑標(biāo)準(zhǔn)值比較，確定被校激光光束分析儀5光束寬度的修正因子。實(shí)施例二在實(shí)施例一激光光束分析儀測(cè)校準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種激光光束分析儀校準(zhǔn)方法，包括以下步驟:S1、將激光器發(fā)出的激光束經(jīng)一平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置整形成平行光束場(chǎng)；具體為，打開激光器，預(yù)熱，使激光器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。對(duì)激光器發(fā)出的激光束經(jīng)一平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置進(jìn)行整形，構(gòu)造平行光束場(chǎng)。S2、所述平行光束經(jīng)一衰減器的衰減后，再經(jīng)過一具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌形成標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束，其中，所述平行光束的傳播方向平行于所述光闌的法線方向，且所述平行光束的場(chǎng)半徑大于所述光 闌的半徑；為了使入射激光的功率不超過探測(cè)器損傷閾值或工作范圍，平行光束需要先經(jīng)一衰減器的衰減，保證入射激光的功率密度適合激光光束分析儀探測(cè)器響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍，然后再經(jīng)一具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌形成標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束。為了減小衍射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，上述光闌應(yīng)緊貼在探測(cè)器的傳感面上。S3、所述標(biāo)準(zhǔn)激光束垂直入射到激光光束分析儀的探測(cè)器傳感面上，測(cè)量多個(gè)平頂光束的光束寬度dDUT，并取所述多個(gè)平頂光束的光束寬度dDUT的平均值匸；在激光光束分析儀測(cè)量平頂光束的光束寬度時(shí)，首先需要用擋屏遮擋入射激光，采集背景圖像。然后移去擋屏，連續(xù)采集圖像，觀測(cè)圖像信號(hào)是否過弱(信號(hào)峰值應(yīng)不低于探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍的50%)或飽和，并通過調(diào)整衰減器衰減量或探測(cè)器參數(shù)，至入射激光信號(hào)強(qiáng)度合適。然后采集一幀或多幀圖像，選擇光束寬度算法，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)激光束的寬度dDUT。當(dāng)使用4sigma光束寬度算法時(shí)，應(yīng)選取適3積分區(qū)域。重復(fù)該步驟測(cè)量多次，記錄每一次的測(cè)量結(jié)果dDUT，取多個(gè)測(cè)量結(jié)果的平均值匸,一般取6個(gè)以上的測(cè)量結(jié)果d腿。S4、根據(jù)公式Γ = I計(jì)算激光光束分析儀的光束寬度修正因子C，完成對(duì)激光光束分析儀光束寬度測(cè)量值的校準(zhǔn)，其中，ds為所述光闌的孔徑值，k為常數(shù)。由于平頂光束為柱形平頂光束，當(dāng)采用不同激光束寬度算法時(shí)需引入修正因子k，即k為常數(shù):當(dāng)采用4sigma激光束寬度算法時(shí)，k取1.000 ;當(dāng)采用84%_16%移動(dòng)刀口激光束寬度算法時(shí)，k取1.132 ;當(dāng)采用90%-10%移動(dòng)刀口激光束寬度算法時(shí)，k取1.070 ;當(dāng)采用移動(dòng)狹縫激光束寬度算法時(shí)，k取0.9909。由以上實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型所提供的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，通過構(gòu)造激光束的平行光束場(chǎng)，并經(jīng)一具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌形成標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束，被校激光光束分析儀測(cè)量該平頂光束的束寬，并比較測(cè)量值和光束寬度標(biāo)準(zhǔn)值，使得激光光束分析儀光束寬度測(cè)量值可直接溯源至計(jì)量準(zhǔn)確度非常高的長度量值，實(shí)現(xiàn)激光光束分析儀的校準(zhǔn)。該系統(tǒng)有效可行，準(zhǔn)確穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，量值復(fù)現(xiàn)性好，解決了激光光束分析儀光束寬度量值的溯源問題，并大大提高了校準(zhǔn)精確度。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置、衰減器、具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌以及被校激光光束分析儀； 所述平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置用于將所述激光器發(fā)出的激光束整形成平行光束場(chǎng)； 所述衰減器緊貼在所述光闌位于入射光一側(cè)的端面上，用于調(diào)節(jié)入射到所述光闌上的平行光束的強(qiáng)度，以及減少背景輻射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響； 所述具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌緊貼在所述被校激光光束分析儀探測(cè)器的傳感面上，用于將入射的平行光束整形成標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束； 所述被校激光光束分析儀用于測(cè)量所述標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括依次設(shè)置在所述校準(zhǔn)系統(tǒng)光路上的與所述激光器波長匹配的光纖準(zhǔn)直器、單模光纖和光學(xué)會(huì)聚模塊； 所述光纖準(zhǔn)直器用于將激光束耦合至所述單模光纖； 所述單模光纖用于形成點(diǎn)光源； 所述光學(xué)會(huì)聚模塊用于將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為平行光束場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述光闌采用銦鋼材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為氦氖激光器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于儀器校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種激光光束分析儀校準(zhǔn)系統(tǒng),包括激光器、平行光場(chǎng)產(chǎn)生裝置、衰減器、具有標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌以及被校激光光束分析儀等，構(gòu)造的平行光場(chǎng)，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)孔徑的光闌形成標(biāo)準(zhǔn)束寬的平頂光束，被校激光光束分析儀測(cè)量該平頂光束的束寬，比較測(cè)量值和光束寬度標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)激光光束分析儀的校準(zhǔn)。該系統(tǒng)有效可行，準(zhǔn)確穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，解決了激光光束分析儀光束寬度量值的溯源問題，并大大提高了校準(zhǔn)精確度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK202938789SQ201220642839
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者王艷萍, 馬沖 申請(qǐng)人:中國計(jì)量科學(xué)研究院