【摘要】：隨著激光技術的發(fā)展,生產(chǎn)、加工和應用領域對實時測量激光光束質量的需求不斷增強。實時測量對于準確評價激光腔外參數(shù)、安全高效生產(chǎn)等方面都具有重要的意義。本文從高斯光束模型與復振幅傳輸特性出發(fā),在研究光束質量分析理論基礎上,提出了基于光波復振幅重構法實時測量光束質量的方法。通過采集沿光軸方向兩個不同截面位置光強分布,求解光強傳輸方程獲取相位重構復振幅。繼而利用角譜傳輸算法將復振幅傳輸?shù)絻杀度鹄秶鷥炔煌恢毛@得各個位置的光強分布并計算各分布對應的束寬尺寸大小。最后利用最小二乘法將軸向位置坐標和束寬大小代入二次曲線公式擬合傳輸曲線,從二次曲線的參數(shù)中可以計算得到光束質量參數(shù)。本文用重構復振幅進行軸向傳輸來代替?zhèn)鹘y(tǒng)延時掃描的環(huán)節(jié),讓測試過程更具有實時性。由于角譜傳輸可以獲得任意軸向位置的光強分布,該方法可以計算所有種類的光束質量參數(shù),甚至是超出傳統(tǒng)儀器測量范圍的參數(shù),這些是現(xiàn)有的光束質量測試方法無法做到的。本文設計了光束質量測量的光路圖和實驗方案,分別對He-Ne激光器和高功率光纖激光器進行測量,與M2-200s型光束質量測試儀和Thorlabs夏克哈特曼波前傳感器的測量結果進行了對比,驗證了實驗中恢復的相位和測量的光束質量的準確性。論文對測量過程中的系統(tǒng)誤差和隨機誤差分別進行了評定,并討論了誤差源。文章還給出C#語言編寫的實時測量光束質量的軟件,除了可以進行光束測試外還能夠輔助光學系統(tǒng)調節(jié)。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN249
【圖文】：

表征傳輸參數(shù)．？遠場發(fā)散角，Ｐ因子，這一類型參數(shù)主要表征光束的擴散水平。逡逑三綜合表征遠近場參數(shù)：Ｋｆ、ＢＰＰ和Ｍ２因子，這一類型參數(shù)既可以表征光束的傳輸，逡逑又可以表征特定位置的光束束寬。綜上，各參數(shù)的關系可以用圖１．１表示出來。逡逑桶中功率ｐ舊邐＊！１功逡逑表證角度礦散程度逡逑斯特列爾比ＳＲ逡逑束腰尺寸ｗ逡逑—邐邋Ｐ■？光束聚焦特征參數(shù)值ｋｆ逡逑■邐■邐—？邋Ｍ２因子逡逑遠場發(fā)散角ｅ邐Ｌ？光參數(shù)積ｂｐｐ逡逑Ｐ邋＾子逡逑圖１．１光束質量參數(shù)關系圖逡逑激光光束質量根據(jù)不同的評價需求有不同的表征參數(shù)，但從測量儀器的角度來說無逡逑法避開的一個參數(shù)是Ｍ２因子。首先它是國際標準化組織采納作為描述光束質量的標準逡逑參數(shù)，其次它具有綜合描述光束遠近場特性的能力，既可以描述光束的傳輸特性，也可逡逑以描述特定位置的束寬大小。除此之外還可以通過式（１．１０）轉換成ＢＰＰ、Ｋｆ等一系列參逡逑數(shù)。并且根據(jù)本文計算方法還可以利用束腰位置光斑尺寸和遠場發(fā)散角計算出＃因子值、逡逑ＰＩＢ和桶中功率等參數(shù)。所以本文關于光束質量的討論將優(yōu)先討論Ｍ２因子，其他的參逡逑數(shù)都可以通過該參數(shù)計算得出。逡逑１．３光束質量實時測量的國內外研宄現(xiàn)狀逡逑實時光束測量領域要比非實時領域起步晚的多。本文按時間順序對實時測量光束質逡逑量的方法依次進行討論。逡逑２００２年Ｚａｖａｌｏｖａ邋Ｖ．Ｙｅ［１５＾出了利用波前檢測裝置測量Ｍ２因子的方法。如圖１．２所逡逑示，該方法類似夏克哈特曼波前傳感器的結構，在傳感器前放置微透鏡陣列，通過測量逡逑接收的信號大小求解得到復振幅，再利用衍射傳輸公式計算遠場發(fā)散角和束腰寬度，

對于混合模式較多的光束得到的測量結果誤差較大［２（）＿２２］。逡逑２００６年中國科學院上海光學精密機械研究所房滔Ｉ２３］等人研究了一個利用正交光柵逡逑分光程把軸向多平面成像在同一平面測量Ｍ２的方法。如圖１．３所示，該方法主要通過逡逑分光成像將原本需要軸向延時移動的測量過程變?yōu)橥瑫r成像，利用空間換取時間達到實逡逑時效果。該方法的關鍵器件是正交光柵和配套的光路調整器。逡逑圖１．３正交光柵法原理示意圖逡逑正交光柵將單束激光分成３Ｘ３路有固定夾角的激光，這些光束經(jīng)調整器反射后入逡逑射到ＣＣＤ靶面，形成９個具有不同光程有序排列的光斑。這些不同路光光程都分布在逡逑束腰的兩倍瑞利范圍內，由此可以將各自光斑尺寸與對應光程代入擬合二次曲線并求解逡逑Ｍ２參數(shù)。該方法通過衍射光柵分光程來代替延時線取光程，優(yōu)點顯而易見即可以達到實逡逑時測量，但不足也很突出。首先該系統(tǒng)無法適應不同種類不同瑞利距離的激光系統(tǒng)，當逡逑更換測試激光時調整將成為一個突出的難題。再者從該方法的實現(xiàn)照片中可以看到，除逡逑了中心級次

【參考文獻】

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本文編號：2724941