專利名稱：激光光束分析儀校準系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及儀器校準技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光光束分析儀校準系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在近十幾年新興發(fā)展的激光微細加工、醫(yī)用激光源診斷治療、激光雷達、慣性約束核聚變等高新技術(shù)中，對于激光光束聚焦程度，光束模式等光束質(zhì)量提出了更為嚴格的要求，同時對激光光束經(jīng)大氣或光學(xué)兀件的傳輸特性需要有更為準確的描述和控制。這對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)的準確有效測量提出了更高要求。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)值等的必要測量值。激光光束分析儀是測量光束寬度的常見儀器，激光光束分析儀的校準需求日益增加，但對于激光光束分析儀的校準仍無有效、準確、可靠的校準方法和系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實用新型提供一種激光光束分析儀的校準系統(tǒng)，用以解決激光光束分析儀，尤其是激光光束分析儀標準裝置的量值溯源問題，保證激光光束分析儀測量光束寬度的準確、有效性。本實用新型還提供一種基于激光光束分析儀校準方法的的系統(tǒng)。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種激光光束分析儀的校準系統(tǒng)，包括激光器、平行光場產(chǎn)生裝置、衰減器、具有標準孔徑的光闌以及被校激光光束分析儀；所述平行光場產(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；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度，以及減少背景輻射對測量結(jié)果的影響；所述具有標準孔徑的光闌緊貼在所述被校激光光束分析儀探測器的傳感面上，用于將入射的平行光束整形成標準束寬的平頂光束；所述被校激光光束分析儀用于測量所述標準束寬的平頂光束。如上所述的激光光束分析儀校準系統(tǒng)，優(yōu)選的是，所述平行光場產(chǎn)生裝置包括依次設(shè)置在校準系統(tǒng)光路上的與所述激光器波長匹配的光纖準直器、單模光纖和光學(xué)會聚模塊；所述光纖準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光源；所述光學(xué)會聚模塊用于將點光源轉(zhuǎn)化為平行光束場。如上所述的激光光束分析儀測量校準系統(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量校準系統(tǒng)，優(yōu)選的是，所述激光器為氦氖激光器。[0019](三)有益效果本實用新型所提供的激光光束分析儀校準系統(tǒng)，通過構(gòu)造的平行光場，并經(jīng)一具有標準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量該平頂光束的束寬，并比較測量值和光束寬度標準值，使得激光光束分析儀光束寬度測量值可直接溯源至計量準確度非常高的長度量值，實現(xiàn)激光光束分析儀的校準。該系統(tǒng)有效可行，準確穩(wěn)定，操作簡便，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，并大大提高了校準精確度。

圖1為本實用新型實施例一中激光光束分析儀校準系統(tǒng)的組成示意圖；圖2為本實用新型實施例一中平行光場產(chǎn)生裝置的組成示意圖。其中，1:激光器；2:平行光場產(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:光纖準直器；8:單模光纖；9:光學(xué)會聚裝置；10:激光束；11:平行光束場；12:點光源。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。實施例一圖1所示為本實用新型實施例中激光光束分析儀校準系統(tǒng)的組成示意圖。如圖1所示，本實用新型實施例中的激光光束分析儀校準系統(tǒng)包括激光器1、平行光場產(chǎn)生裝置
2、衰減器3、具有標準孔徑的光闌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探測器的傳感面上；平行光場產(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11，得到校準用平行光束；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)具有標準孔徑的光闌4得到標準束寬的平頂光束，其中，平頂光束的光束寬度等于光闌4的孔徑。同時，為了減少背景輻射對測量結(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準寬度值，使得校準的不確定度大幅降低。本實施例中激光器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進入平行光場產(chǎn)生裝置2，以形成平行光束場11。光闌4則采用熱膨脹系數(shù)小的材料，如:銦鋼材料，保證其已校準過的孔徑標準值的穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用過程中，需要保證被校激光光束分析儀5探測器的傳感面足夠大，可以接收平頂光束的整個橫截面，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，探測器的傳感面直徑應(yīng)大于平頂光束最大寬度的2倍。為形成平行光束場11，優(yōu)選平行光場產(chǎn)生裝置2包括依次設(shè)置在校準系統(tǒng)光路上的與激光器I波長匹配的光纖準直器7、單模光纖8和光學(xué)會聚模塊9，如圖2所示，光線準直器7用于將激光束10耦合至單模光纖8，以在單模光纖8的另一端形成點光源12，再經(jīng)光學(xué)會聚模塊9形成寬度遠大于光闌4孔徑的平行束光場11。其中，光學(xué)會聚模塊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)的焦點處，則經(jīng)過光學(xué)會聚模塊9后的激光束10被整形為平行光束場11。需要說明的是，能夠形成平行光場的平行光場產(chǎn)生裝置2的實現(xiàn)方式有很多種，并不局限于上述一種，其都屬于本實用新型的保護范圍。本實施例中激光光束分析儀校準系統(tǒng)的具體工作過程為:激光器I發(fā)出的激光束10經(jīng)過平行光場產(chǎn)生裝置2形成平行光束場11，然后經(jīng)衰減器3衰減到適合被校激光光束分析儀5探測器響應(yīng)的動態(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測得光束寬度(采用的光束寬度算法通常有4sigma、移動刀口法、移動狹縫法)。測得的光束寬度與光闌4孔徑標準值比較，確定被校激光光束分析儀5光束寬度的修正因子。實施例二在實施例一激光光束分析儀測校準系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本實用新型實施例還提供一種激光光束分析儀校準方法，包括以下步驟:S1、將激光器發(fā)出的激光束經(jīng)一平行光場產(chǎn)生裝置整形成平行光束場；具體為，打開激光器，預(yù)熱，使激光器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。對激光器發(fā)出的激光束經(jīng)一平行光場產(chǎn)生裝置進行整形，構(gòu)造平行光束場。S2、所述平行光束經(jīng)一衰減器的衰減后，再經(jīng)過一具有標準孔徑的光闌形成標準束寬的平頂光束，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器響應(yīng)的動態(tài)范圍，然后再經(jīng)一具有標準孔徑的光闌形成標準束寬的平頂光束。為了減小衍射對測量結(jié)果的影響，上述光闌應(yīng)緊貼在探測器的傳感面上。S3、所述標準激光束垂直入射到激光光束分析儀的探測器傳感面上，測量多個平頂光束的光束寬度dDUT，并取所述多個平頂光束的光束寬度dDUT的平均值匸；在激光光束分析儀測量平頂光束的光束寬度時，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，觀測圖像信號是否過弱(信號峰值應(yīng)不低于探測器動態(tài)范圍的50%)或飽和，并通過調(diào)整衰減器衰減量或探測器參數(shù)，至入射激光信號強度合適。然后采集一幀或多幀圖像，選擇光束寬度算法，計算標準激光束的寬度dDUT。當(dāng)使用4sigma光束寬度算法時，應(yīng)選取適3積分區(qū)域。重復(fù)該步驟測量多次，記錄每一次的測量結(jié)果dDUT，取多個測量結(jié)果的平均值匸,一般取6個以上的測量結(jié)果d腿。S4、根據(jù)公式Γ = I計算激光光束分析儀的光束寬度修正因子C，完成對激光光束分析儀光束寬度測量值的校準，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，k取1.000 ;當(dāng)采用84%_16%移動刀口激光束寬度算法時，k取1.132 ;當(dāng)采用90%-10%移動刀口激光束寬度算法時，k取1.070 ;當(dāng)采用移動狹縫激光束寬度算法時，k取0.9909。由以上實施例可以看出，本實用新型所提供的激光光束分析儀校準系統(tǒng)，通過構(gòu)造激光束的平行光束場，并經(jīng)一具有標準孔徑的光闌形成標準束寬的平頂光束，被校激光光束分析儀測量該平頂光束的束寬，并比較測量值和光束寬度標準值，使得激光光束分析儀光束寬度測量值可直接溯源至計量準確度非常高的長度量值，實現(xiàn)激光光束分析儀的校準。該系統(tǒng)有效可行，準確穩(wěn)定，操作簡便，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，并大大提高了校準精確度。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種激光光束分析儀校準系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、平行光場產(chǎn)生裝置、衰減器、具有標準孔徑的光闌以及被校激光光束分析儀； 所述平行光場產(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； 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度，以及減少背景輻射對測量結(jié)果的影響； 所述具有標準孔徑的光闌緊貼在所述被校激光光束分析儀探測器的傳感面上，用于將入射的平行光束整形成標準束寬的平頂光束； 所述被校激光光束分析儀用于測量所述標準束寬的平頂光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光束分析儀校準系統(tǒng)，其特征在于，所述平行光場產(chǎn)生裝置包括依次設(shè)置在所述校準系統(tǒng)光路上的與所述激光器波長匹配的光纖準直器、單模光纖和光學(xué)會聚模塊； 所述光纖準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光源； 所述光學(xué)會聚模塊用于將點光源轉(zhuǎn)化為平行光束場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光光束分析儀校準系統(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。
專利摘要本實用新型屬于儀器校準技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種激光光束分析儀校準系統(tǒng),包括激光器、平行光場產(chǎn)生裝置、衰減器、具有標準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，經(jīng)過標準孔徑的光闌形成標準束寬的平頂光束，被校激光光束分析儀測量該平頂光束的束寬，比較測量值和光束寬度標準值，實現(xiàn)激光光束分析儀的校準。該系統(tǒng)有效可行，準確穩(wěn)定，操作簡便，解決了激光光束分析儀光束寬度量值的溯源問題，并大大提高了校準精確度。
文檔編號G01B11/02GK202938789SQ201220642839
公開日2013年5月15日 申請日期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 申請人:中國計量科學(xué)研究院