專利名稱：強激光參量的測量方法與測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及一種激光參量的測量方法與測量裝置，特別是指一種強激光參量的測量方法與測量裝置。
背景技術：
對于現(xiàn)有強激光參量測量裝置，探測器有面吸收的石墨材料和體吸收的灰玻璃材料。不管哪種探測器，因為直接吸收被測的激光能量，測量的范圍都有一定的限制，功率或能量過高的激光會損傷探測器而導致無法測量，測量范圍必須低于探測器的激光損傷閾值。此外，探測器在強光下表現(xiàn)出明顯的非線性光學特性，也影響到測量的精度。如果采用分束的方式，分束取樣器的非線性光學特性及強激光損傷閾值也會影響到測量的精度，不能準確測量強激光參量。
因此，我們提出了利用具有高損傷閾值的光學反射片通過可消除光學非線性和偏振影響的組合方式，根據(jù)各光學反射片反射激光的功率能量的測量，經(jīng)計算得到被測和通過本裝置輸出的激光參量，并同時得到光學材料的非線性光學特性測量數(shù)據(jù)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供了一種強激光參量的測量方法與測量裝置，該測量裝置及材料方法具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明在光路中按本方法插入光學特性一致的第一、二、三光學反射片和第一、二、三光學探測器，可以消除強激光條件下反射片的非線性光學特性和被測激光的偏振特性對取樣測量的影響，并獲得被測激光、透過激光功率能量以及光學材料的非線性光學特性數(shù)據(jù)。
(2)本發(fā)明的第一、二、三光學反射片須采用具有超低吸收、高損傷閾值、高透過率的光學材料，并可將高功率高能量激光測量轉變?yōu)榈凸β实湍芰考す鉁y量。
(3)本發(fā)明可實現(xiàn)激光參量的在線測量和對激光測量儀器的在線標定。
(4)本發(fā)明可以通過進一步組合，將被測激光再次降低，實現(xiàn)更高激光參量的測量。
本發(fā)明一種強激光參量的測量裝置，其特征在于，其結構包括在一入射光束上依序排列有第一光學反射片、第二光學反射片、第三光學反射片，該第一、二光學反射片為正交放置，以消除反射片對激光偏振態(tài)的影響，該第三光學反射片的擺放方向與第一光學反射片相同；一第一光學探測器，該第一光學探測器位于第一光學反射片的一側；一第二光學探測器，該第二光學探測器位于第二光學反射片的一側；一第三光學探測器，該第三光學探測器位于第三光學反射片的一側；該第一、二、三光學探測器分別垂直接收該第一、二、三光學反射片反射的激光信號。
其中該第一光學反射片的法線與入射光束方向成30°-60°放置。
其中該第一、二、三光學反射片采用相同的材料及加工工藝制成，具有相同的光學特性。
其中該第二光學反射片的一側以30°-60°放置有一第五光學反射片。
其中第一、三光學反射片的一側以30°-60°放置有一第四、六光學反射片。
本發(fā)明一種強激光參量的測量裝置，其特征在于，其結構包括在一入射光束上依序排列有第一組光學反射片組、第二組光學反射片組、第三組光學反射片組，第一組光學反射片組包括第一、四光學反射片，第二組光學反射片組包括第二、五光學反射片，第三組光學反射片組包括第三、六光學反射片，每一組光學反射片為正交放置；該第一、二組光學反射片組中的第一、二光學反射片的為正交放置，以消除反射片對激光偏振態(tài)的影響，該第三組光學反射片組的擺放方向與第一組光學反射片組相同；一第一光學探測器，該第一光學探測器位于第一組光學反射片組的一側；一第二光學探測器，該第二光學探測器位于第二組光學反射片組的一側；一第三光學探測器，該第三光學探測器位于第三組光學反射片組的一側；該第一、二、三光學探測器分別垂直接收該第一、二、三組光學反射片組反射的激光信號。
其中第一組光學反射片組中的第一光學反射片的法線與入射光束方向成30°-60°放置。
其中該第一、二、三、四、五、六光學反射片采用相同的材料及加工工藝制成，具有相同的光學特性。
本發(fā)明一種強激光參量的測量方法，其是采用權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，包括如下步驟
(1)沿入射光路注入強激光P；(2)通過各光學反射片將強激光反射為弱光信號；(3)讀取各探測器上的參數(shù)；(4)根據(jù)各探測器讀出的參數(shù)計算出入射和出射強激光的參數(shù)。
其中計算入射強激光的參數(shù)的公式為P=P1·(P1+P3)P1-P5]]>其中計算出射強激光的參數(shù)的公式為P6=P5·(P3+P5)P1-P5]]>其中計算第一、三光學反射片的反射率公式為R1=R3=P1-P5P1+P3=R]]>其中計算第二光學反射片的反射率公式為R2=P3·(P1-P5)P1·(P3-P5)]]>該公式中P1、P3、P5分別為各探測器讀出的讀數(shù)。


為進一步說明本發(fā)明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖1是本發(fā)明第一實施例的測量裝置的光路結構示意圖；
圖2是本發(fā)明第二實施例的測量裝置的光路結構示意圖；圖3是本發(fā)明激光在光學反射片多次透射光路示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，為本發(fā)明的第一實施例，本發(fā)明一種強激光參量的測量裝置，其結構包括在一入射光束上依序排列有第一光學反射片10、第二光學反射片11、第三光學反射片12，該第一、二光學反射片10、11為正交放置，以消除反射片對激光偏振態(tài)的影響，該第三光學反射片12的擺放方向與第一光學反射片10相同；該第一光學反射片10的法線與入射光束方向成30°-60°放置；該第一、二、三光學反射片10、11、12采用相同的材料及加工工藝制成，具有相同的光學特性；一第一光學探測器20，該第一光學探測器20位于第一光學反射片10的一側；一第二光學探測器21，該第二光學探測器21位于第二光學反射片11的一側；一第三光學探測器22，該第三光學探測器22位于第三光學反射片12的一側；該第一、二、三光學探測器20、21、22分別垂直接收該第一、二、三光學反射片10、11、12反射的激光信號。
其中該第二光學反射片11的一側還可以以30°-60°放置有一第五光學反射片14，最佳為以45°放置。
其中該第一、三光學反射片10、12的一側以30°-60°放置有一第四、六光學反射片13、15，最佳為以45°放置。
請參閱圖2，為本發(fā)明的第二實施例，本發(fā)明一種強激光參量的測量裝置，其結構包括在一入射光束上依序排列有第一組光學反射片組100、第二組光學反射片組101、第三組光學反射片組102，第一組光學反射片組100包括第一、四光學反射片10、13，該第一組光學反射片組100中的第一光學反射片10的法線與入射光束方向成30°-60°放置，第二組光學反射片組101包括第二、五光學反射片11、14，第三組光學反射片組102包括第三、六光學反射片12、15，每一組光學反射片組為正交放置；該第一、二組光學反射片組100、101中的第一、二光學反射片的10、11為正交放置，以消除反射片對激光偏振態(tài)的影響，該第三組光學反射片組102的擺放方向與第一組光學反射片組100相同；一第一光學探測器20，該第一光學探測器20位于第一組光學反射片組100的一側；
一第二光學探測器21，該第二光學探測器21位于第二組光學反射片組101的一側；以及一第三光學探測器22，該第三光學探測器22位于第三組光學反射片組102的一側；該第一、二、三光學探測器20、21、22分別垂直接收該第一、二、三組光學反射片組100、101、102反射的激光信號。
其中該第一、二、三、四、五、六光學反射片10、11、12、13、14、15采用相同的材料及加工工藝制成，具有相同的光學特性。
本發(fā)明一種強激光參量的測量方法，其是采用第一實施例所述的測量裝置，包括如下步驟(1)沿入射光路注入強激光P；(2)通過各光學反射片將強激光反射為弱光信號；(3)讀取各探測器上的參數(shù)；(4)根據(jù)各探測器讀出的參數(shù)計算出入射和出射強激光的參數(shù)。
其中計算入射強激光的參數(shù)的公式為P=P1·(P1+P3)P1-P5]]>其中計算出射強激光的參數(shù)的公式為
P6=P5·(P3+P5)P1-P5]]>其中計算第一、三光學反射片的反射率公式為R1=R3=P1-P5P1+P3=R]]>其中計算第二光學反射片的反射率公式為R2=P3·(P1-P5)P1·(P3-P5).]]>該公式中P1、P3、P5分別為各探測器讀出的讀數(shù)。
請再參閱圖1，圖1描述了第一實施例的強激光參量測量裝置的光路。先將第一光學反射片10沿法向與被測入射光束成45°放置，再將第二光學反射片11沿其法向與第一光學反射片10的法向垂直，且仍與被測入射光束成45°放置，如圖1所示，將第三光學反射片12按照與第一光學反射片10相同的方向放置。該光路圖表明入射激光P經(jīng)過第一光學反射片10，將入射脈沖P分為兩部分，其中能量較小的部分P1沿垂直方向反射，能量較大的部分P2透過第一光學反射片10射到第二光學反射片11上，第二光學反射片11又將P2分為反射光P3和透過光P4，P4射到第三光學反射片12上，得到反射光P5和透射光P6。用第一光學探測器探測20垂直接收第一光學反射片10反射的信號，記為P1，用第二光學探測器探測21垂直接收第二光學反射片11反射的信號，記為P3，用第三光學探測器22垂直接收第三光學反射片12反射的信號，記為P5。根據(jù)公式P=P1·(P1+P3)P1-P5;]]>P6=P5·(P3+P5)P1-P5;]]>R1=R3=P1-P5P1+P3=R]]>(因選擇第一光學反射片10和第三光學反射片12具有相同的光學特性)；R2=P3·(P1-P5)P1·(P3-P5)]]>(第二光學反射片11的反射率)。
計算出被測入射激光的功率能量P，通過本裝置透過的激光功率能量P6和第一、二、三光學反射片的反射率R1、R2、R3。
原理說明(1)入射激光通過第一、二光學反射片10、11之后的激光的偏振特性和輸入被測激光的偏振特性相同。證明如下設輸入的被測激光P沿平行和垂直入射表面的兩個偏振分量分別為h和Pp。則以45°入射到光學第一反射片10上的光路如圖3所示，入射激光在第一光學反射片的前后表面多次反射和折射，如果只考慮前兩次透射的激光，則有P1s＝Ps·ts12；P1p＝Pp·tp12；
P2s＝Ps·ts12·ts21；P2p＝Pp·tp12·tp21；P3s＝Ps·ts12·r2s；P3p＝Pp·tp12·r2p；P4s=Ps·ts12·r2s2;]]>P4p=Pp·tp12·r2p2;]]>P5s=Ps·ts12·r2s2·ts21;]]>P5p=Pp·tp12·r2p2·tp21;]]>P2s+P5s=Ps·ts12·ts21·(1+r2s2);]]>P2p+P5p=Pp·tp12·ts21·(1+r2p2).]]>其中， 為s分量從空氣射入光學反射片的透射率； 為p分量從空氣射入光學反射片的透射率； 為s分量從光學反射片射入空氣的透射率； 為p分量從光學反射片射入空氣的透射率； 為s分量在光學反射片中的反射率； 為p分量在光學反射片中的反射率。
當透過第一光學反射片的激光P2通過與第一光學反射片10正交的第二光學反射片11時，原輸入激光的s分量變?yōu)閜分量，p分量變?yōu)閟分量(如圖1所示)，這樣原輸入激光s分量的激光通過由第一光學反射片10和第二光學反射片11組成的正交光學反射片后，透射的激光為Ps′=Ps·ts12·ts21·(1+r2s2)·tp12·tp21·(1+r2p2);]]>原輸入激光p分量的激光通過由第一光學反射片10和第二光學反射片11組成的正交光學反射片后，透射的激光為Pp′=Pp·tp12·tp21·(1+r2p2)·ts12·ts21·(1+r2s2).]]>即Ps′Pp′=PsPp.]]>考慮光在光學反射片中多次透射的情況與此類似，同理，經(jīng)過計算也可以得到Ps′Pp′=PsPp.]]>(2)根據(jù)第一、二、三光學探測器20、21、22探測的第一、二、三光學反射片10、11、12反射的低強度激光信號的測量可計算出被測激光P和通過本裝置輸出的強激光P6功率能量，以及第一、二、三光學反射片10、11、12的材料反射率，過程如下通過(1)的證明，可知激光通過第一、二光學反射片10、11后的激光偏振特性和輸入被測激光的偏振特性相同。這說明，激光通過如圖1所示的正交放置的第一、二光學反射片10、11后，透射的激光P2與原輸入激光P具有相同的偏振特性，這樣，當?shù)谝?、三光學反射片10、12具有相同的參數(shù)，并且射入的激光強度大致相當時，它們的反射率也是相同的，即R1＝R3＝R.
因而可以得到以下方程P1＝P·R；P2＝P·(1-R)；P3＝P·(1-R)·R2；P4＝P·(1-R)·(1-R2)；P5＝P·(1-R)·(1-R2)·R；P6＝P·(1-R)2·(1-R2).
解上述方程可得P=P1·(P1+P3)P1-P5;]]>P6=P5·(P3+P5)P1-P5;]]>R=P1-P5P1+P3]]>(因選擇第一光學反射片10和第三光學反射片12具有相同的光學特性)；
R2=P3·(P1-P5)P1·(P3-P5)]]>(第二光學反射片11的反射率)。
權利要求
1.一種強激光參量的測量裝置，其特征在于，其結構包括在一入射光束上依序排列有第一光學反射片、第二光學反射片、第三光學反射片，該第一、二光學反射片為正交放置，以消除反射片對激光偏振態(tài)的影響，該第三光學反射片的擺放方向與第一光學反射片相同；一第一光學探測器，該第一光學探測器位于第一光學反射片的一側；一第二光學探測器，該第二光學探測器位于第二光學反射片的一側；一第三光學探測器，該第三光學探測器位于第三光學反射片的一側；該第一、二、三光學探測器分別垂直接收該第一、二、三光學反射片反射的激光信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的強激光功率能量測量裝置，其特征在于，其中該第一光學反射片的法線與入射光束方向成30°-60°放置。
3.根據(jù)權利要求1所述的強激光功率能量測量裝置，其特征在于，其中該第一、二、三光學反射片采用相同的材料及加工工藝制成，具有相同的光學特性。
4.根據(jù)權利要求1所述的強激光功率能量測量裝置，其特征在于，其中該第二光學反射片的一側以30°-60°放置有一第五光學反射片。
5.根據(jù)權利要求1所述的強激光功率能量測量裝置，其特征在于，其中第一、三光學反射片的一側以30°-60°放置有一第四、六光學反射片。
6.一種強激光參量的測量裝置，其特征在于，其結構包括在一入射光束上依序排列有第一組光學反射片組、第二組光學反射片組、第三組光學反射片組，第一組光學反射片組包括第一、四光學反射片，第二組光學反射片組包括第二、五光學反射片，第三組光學反射片組包括第三、六光學反射片，每一組光學反射片為正交放置；該第一、二組光學反射片組中的第一、二光學反射片的為正交放置，以消除反射片對激光偏振態(tài)的影響，該第三組光學反射片組的擺放方向與第一組光學反射片組相同；一第一光學探測器，該第一光學探測器位于第一組光學反射片組的一側；一第二光學探測器，該第二光學探測器位于第二組光學反射片組的一側；一第三光學探測器，該第三光學探測器位于第三組光學反射片組的一側；該第一、二、三光學探測器分別垂直接收該第一、二、三組光學反射片組反射的激光信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的強激光功率能量測量裝置，其特征在于，其中第一組光學反射片組中的第一光學反射片的法線與入射光束方向成30°-60°放置。
8.根據(jù)權利要求6所述的強激光功率能量測量裝置，其特征在于，其中該第一、二、三、四、五、六光學反射片采用相同的材料及加工工藝制成，具有相同的光學特性。
9.一種強激光參量的測量方法，其是采用權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，包括如下步驟(1)沿入射光路注入強激光P；(2)通過各光學反射片將強激光反射為弱光信號；(3)讀取各探測器上的參數(shù)；(4)根據(jù)各探測器讀出的參數(shù)計算出入射和出射強激光的參數(shù)。
10.根據(jù)權利要求9所述的強激光參量的測量方法，其特征在于，其中計算入射強激光的參數(shù)的公式為P=P1·(P1+P3)P1-P5]]>其中計算出射強激光的參數(shù)的公式為P6=P5·(P3+P5)P1-P5]]>其中計算第一、三光學反射片的反射率公式為R1=R3=P1-P5P1+P3=R]]>其中計算第二光學反射片的反射率公式為R2=P3·(P1-P5)P1·(P3-P5).]]>該公式中P1、P3、P5分別為各探測器讀出的讀數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強激光參量及光學材料非線性特性的測量方法與裝置結構，該方法能夠測量出超強的激光功率和能量，消除強激光測量過程中因材料的非線性光學特性和被測激光的偏振特性帶來的測量誤差，提高強激光功率和能量的測量能力和測量精度，并實現(xiàn)強激光條件下光學材料非線性特性的測量。
文檔編號G01J1/00GK101086461SQ20061001213
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權日2006年6月7日
發(fā)明者于靖, 鄧玉強, 李健, 徐濤, 熊利民 申請人:中國計量科學研究院