一種激光光斑寬度測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光光斑寬度方法，特別是一種激光光斑寬度測量裝置。適用于對光強空間分布近似為高斯型的激光光束進(jìn)行測量，例如基模高斯光束，或者以基模為主的組合模激光光束。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，光束質(zhì)量是描述激光器綜合性能的一個重要方面，通常采用光斑寬度、發(fā)散角、光束質(zhì)量因子等參數(shù)來描述光束質(zhì)量，較小的發(fā)散角與激光光束質(zhì)量因子表征了一個激光器具有很好的空間準(zhǔn)直特性。實際中，一般在多個位置對激光光斑寬度進(jìn)行測量，通過分析計算獲得發(fā)散角與激光光束質(zhì)量因子等參數(shù)?？紤]到各類激光器應(yīng)用場合的不同，通常的激光光斑寬度一般會在0.1mm — 1mm之間。根據(jù)最新研究報道，目前世界上最小的激光光斑寬度已經(jīng)到了 nm級別；同時，如此細(xì)小激光光束的出現(xiàn)也給實際激光光束質(zhì)量的測量問題帶來挑戰(zhàn)。
[0003]在激光光斑寬度的測量方面，研究人員通常刀口儀的方法進(jìn)行手工測量或是采用光束質(zhì)量分析儀器對光束質(zhì)量進(jìn)行分析。對于手工測量，其測量過程比較麻煩，測量結(jié)果的重復(fù)性較差，刀口儀自身調(diào)節(jié)精度、探測元器件的響應(yīng)精度，以及操作人員的認(rèn)為因素均會對測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響。
[0004]目前的光束質(zhì)量分析儀器測量光斑寬度時，通常僅采用伺服步進(jìn)電機驅(qū)動刀口的方式，對激光光斑進(jìn)行掃描測量，其測試精度只能達(dá)到y(tǒng)m級別，其最小光束寬度的測量范圍也僅為幾十μ m左右，無法實現(xiàn)對極細(xì)激光光束空間特性的有效測量。
[0005]而受制于機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)加工精度的工藝水平，也將對激光光束寬度的測量誤差產(chǎn)生很大影響。值得注意的是，在空間位移的精確測量方面，莫爾條紋測距方法具很大的優(yōu)勢，其測量范圍可達(dá)1000mm，測量精度可達(dá)lnm?？梢韵胂螅瑢⒛獱枟l紋測距方法引入到激光光束質(zhì)量的測量當(dāng)中，將會解決極細(xì)光束的測量問題，使得激光光束質(zhì)量的快速、自動化、高精度測量成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種激光光斑寬度測量裝置，其操作簡便、實用性強，能夠?qū)す夤獍哌M(jìn)行快速、自動、高精度測量，并具有測量范圍寬的優(yōu)點，解決了極細(xì)激光光斑寬度的自動測量問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種激光光斑寬度測量裝置，其特征是:至少包括一個被測量的激光器，激光器通過光學(xué)單元將激光器的輸出光分成兩束，光學(xué)單元分出的第一束平行光束照射在功率探測器；光學(xué)單元分出的第二束平行光束照射在標(biāo)尺光柵和指示光柵構(gòu)成的莫爾條紋產(chǎn)生器輸入面上，莫爾條紋產(chǎn)生器輸出端有光電檢測單元，指示光柵固定在機械掃描器上；在機械掃描器上安裝有刀口 ；所述的光學(xué)單元包括半透半反鏡，一個全反鏡和擴束鏡；激光器通過半透半反鏡形成反射光輸出和透射光輸出，反射光輸出和透射光輸出互成夾角，反射光輸出再次通過全反鏡進(jìn)行全反射后，使透射光輸出形成第一束平行光束，使反射光形成第二束平行光束；第二束平行光束經(jīng)擴束鏡后照射在莫爾條紋產(chǎn)生器輸入面；第一束平行光束照射在功率探測器窗口上。
[0008]所述的機械掃描器包括導(dǎo)軌、滑塊、絲杠、伺服步進(jìn)電機、導(dǎo)軌座；導(dǎo)軌沿導(dǎo)軌座長度方向平行固定；絲杠由左右固定架固定在導(dǎo)軌座上；絲杠通過絲扣套接滑塊；絲杠一端與伺服步進(jìn)電機同軸連接；伺服步進(jìn)電機工作時，帶動絲杠轉(zhuǎn)動；絲扣套接的滑塊沿絲杠左右移動。
[0009]所述的導(dǎo)軌座一端固定指示光柵，滑塊一端固定標(biāo)尺光柵；標(biāo)尺光柵與指示光柵平行，標(biāo)尺光柵和指示光柵的光柵形成夾角，滑塊在伺服步進(jìn)電機工作時移動，使通過標(biāo)尺光柵與指示光柵的第二束平行光束經(jīng)擴束鏡后照射在莫爾條紋產(chǎn)生器輸入面上。
[0010]所述光電檢測單元包括光功率探測器、光電池組；所述功率探測器為熱釋電探測器，在熱釋電探測器前端有刀口，通過刀口在熱釋電探測器前移動遮擋。
[0011]所述光電池組個數(shù)按2的整數(shù)倍分布在包括一個明暗周期的莫爾條紋內(nèi)。
[0012]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0013]1.在激光光斑寬度的測量方面，與傳統(tǒng)手工測量方式相比，本實用新型采用電機驅(qū)動的導(dǎo)軌滑臺實現(xiàn)測量刀口的移動控制，具有快速、自動化測量的優(yōu)點，同時保證測量結(jié)果具有很好可重復(fù)性。
[0014]2.與現(xiàn)有的激光光斑寬度測量儀器相比，本實用新型將莫爾條紋測距原理應(yīng)用在激光光束質(zhì)量的測量當(dāng)中，是通過光電池組的反饋電流獲得刀口的移動距離，避免了傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)加工誤差在自動測量過程中帶來的影響。
[0015]3.與現(xiàn)有的激光光斑寬度測量儀器相比，本實用新型采用光柵對結(jié)構(gòu)，以及莫爾條紋細(xì)分技術(shù)對刀口的移動位移進(jìn)行精密測量，其激光光斑測量精度最優(yōu)可達(dá)Inm量級；同時，也將光斑寬度的測量范圍精細(xì)到μ m量級，解決了極細(xì)型激光光斑寬度的自動測量問題。
[0016]4.本實用新型采用大面積、快速響應(yīng)光電池作為功率探測器進(jìn)行自動測量，很容易實現(xiàn)測量光路的對準(zhǔn)問題，并具有操作簡便、實用性強等優(yōu)點，便于推廣使用。
[0017]綜上所述，本實用新型方案結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、具有快速、自動化測量的優(yōu)點，具有精確的測量精度、可實現(xiàn)對極細(xì)光斑寬度的測量分析。
[0018]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)示意原理圖。
[0020]圖2為圖1的機械掃描器。
[0021]附圖標(biāo)記說明:1 一激光器；2—光學(xué)單兀；2_1—半透半反鏡；2_2—全反鏡；2_3—擴束鏡；3—機械掃描器；3_1—導(dǎo)軌；3_2—滑塊；3_3—絲杠；3_4—伺服步進(jìn)電機；3_5—刀口 ；3_6—標(biāo)尺光極；3_7—指不光棚.；4一光電檢測單兀；4_1 一功率探測器；4_2—光電池組；莫爾條紋一4-3 ;5—控制處理單元。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，一種激光光束質(zhì)量因子測量裝置，其特征是:至少包括一個被測量的激光器I，激光器I通過光學(xué)單兀2將激光器I的輸出光分成兩束，光學(xué)單兀2分出的第一束平行光束照射在功率探測器4-1 ;光學(xué)單元2分出的第二束平行光束照射在標(biāo)尺光柵3-6和指示光柵3-7構(gòu)成的莫爾條紋產(chǎn)生器輸入面上，莫爾條紋產(chǎn)生器輸出端有光電檢測單元，指示光柵3-7固定在機械掃描器上；在機械掃描器3上安裝有刀口 3-5 ;機械掃描器在控制單元控制下帶動指示光柵3-7和刀口 3-5同步移動；使刀口 3-5的邊沿開始部分遮攔功率探測器4-1接收光窗口，功率探測器4-1獲得的激光輸出功率將逐漸減小或逐漸變大，當(dāng)功率探測器4-1測量激光輸出功率達(dá)到最大功率的86%時，光電檢測單元通過檢測莫爾條紋產(chǎn)生器的莫爾條紋獲得刀口 3-5移動的初始位置；隨著刀口 3-5繼續(xù)移動，當(dāng)功率探測器4-1測量激光輸出功率達(dá)到最大功率的14%時，光電檢測單元獲得刀口 3-5移動的結(jié)束位置；控制處理單元依據(jù)初始位置、結(jié)束位置及光電檢測單元檢測的莫爾條紋數(shù)，得到激光器I在不同位置的寬度。
[0023]所述的光學(xué)單元2包括半透半反鏡2-1，一個全反鏡2-2和擴束鏡2_3 ;激光器I通過半透半反鏡2-1形成反射光輸出和透射光輸出，反射光輸出和透射光輸出互成夾角，反射光輸出再次通過全反鏡2-2進(jìn)行全反射后，使透射光