一种大面积高能激光光束参数的在线测量方法

《一种大面积高能激光光束参数的在线测量方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、!第!"卷!第!#期强激光与粒子束$%&’!"!(%’!#!!)##*年!#月+,-+./012345124(6.427,831914:5/;<’!)##*!文章编号!!!##!=>?))")##*#!#=!@"A=#>一种大面积高能激光光束参数的在线测量方法"陈绍武!!)!!王群书)!!赵!宏!!!邵碧波)!!王!飞)!!宇文璀蕾)!!张检民)"!!西安交通大学激光与红外应用研究所!西安B!##>A$!)!西北核技术研究所!西安B!##)>#!!摘!要!!提出了一种大面积连续波高能激光光束参数的在线测量方法%%%环形光刀扫描测量法&该方法采用偏心安

2、装的斜面环形光刀高速扫描反射!光电探测器阵列沿反射光圆周均匀布置探测!使得绝大部分被测激光沿原光路传播!只有少量取样光被反射到探测器阵列上&通过对采集得到的探测器响应信号进行空间映射计算和图像复原!得到激光束的光强分布参数&该方法可用于光束直径数百CC的高能激光光束测量!测量空间分辨率约)CC!时间分辨率为?#!@#CD&!!关键词!!高能激光光束$!时空分布$!在线测量$!图像复原!!中图分类号!!7()>B!!!!文献标识码!!4!!在连续波高能激光应用研究中!需要在线监测高能激光光束的时空分布变化&由于高能激光的能量和功(!)(!=))(!!?

3、)率密度高’光斑面积大!常规的激光光束测量方法如烧蚀法’热吸收探测法"积分球’量热阵列等#和光(!)电"光热#探测器面阵靶板测量法在实施中都将阻挡光束!难以在线给出高能激光束功率密度分布参数&空(!!>)心探针扫描测量法广泛应用于工业加工领域内激光光斑的在线监测!但受到探针结构和取样方式的限制!最大可测量光斑直径仅为数十CC!无法实现更大面积的激光光束测量&!!我们提出的环形光刀取样式高能激光光强分布测量方法实现了光束直径数百CC’能量达数百EF的高能激光光束测量!测量空间分辨率约)CC!时间分辨率为?#!@#CD&"!环形光刀在线取样的原理!!环形

4、光刀扫描取样的原理如图!所示&其核心部分是一只与入射激光轴线偏心安装的高速旋转的>@G斜面环形光刀!光刀与转动圆筒联为一体并高速旋转!探测单元阵列沿光刀反射光路圆周均匀分布&其中探测单元包括光衰减片’光纤’探测器等&HIJ’!!5;KLCM

5、刻!整个圆周上有半数的探测器能接收到光"收稿日期!)##*=#?=!@$!!修订日期!)##*=#"=)"基金项目!国防科技基础研究基金资助课题作者简介!陈绍武"!AB#%#!男!山西万荣人!博士研究生!主要从事激光测量和光纤应用技术研究$;DQQD;")*?’RL<&!>=<强激光与粒子束第!;卷信号!光刀必须设计为一定曲率半径的曲面!实际中为了加工方便!光刀设计为一个圆环!在测量中只用圆环的一部分进行光取样"!!在如图!所示的起始位置中!当大光斑激光平行于转动圆筒轴向入射时!绝大部分光将穿过转筒并沿原光路无扰动传播!只有照到环形光刀表面的光才被反

6、射取样!且照射到光刀不同位置的光沿不同的角度耦合进不同的探测器中"通过对数据采集系统记录的探测器响应信号进行复原和计算!可以得出取样光沿圆环圆周方向上的功率密度分布"同样当光刀从起始位置开始转动一个很小的角度后!又得出取样光沿另外一个圆环圆周方向上的功率密度分布"依此类推!当光刀转动一周后!就得到整个光斑面积上的光功率密度分布#当光刀转动数圈之后!就得到高能激光功率密度随时间的变化"通过积分!还可以得出高能激光的总能量和能量密度分布"!!空间光映射计算!!由于系统采用环形光刀反射取样!在任意一个时刻!照在光刀不同位置的光将被反射到不同的探测器上"如何

7、将探测器上的信号复原到发射激光的原始位置!需要一套合理的映射算法"!!首先计算当光刀在固定位置时任意一只探测器映射的空间位置"如图&所示!以光刀开口方向与5!轴一致为例!假设沿探测器固定圆盘均匀布放了"只探测器组件!#点为从!轴正向沿逆时针第$只探测器$光纤%位置!则%#与!轴正向夹角为!$!6&!$&"%"由光的反射定理可知!#点在该时刻所接收的光来自于线段#&与光刀的交点’!因此求出了’点的空间位置!也就知道了#处探测器所探测的光功率对应的空间位置"!!图中!"&’"6"%&"6(为光刀的半径!"%#"6)为光纤固定盘的半径!设##&%为"!所求

8、’点的极角为"#$%&!’()*+,-./01*,)2/.*#.3.4#*,-)*#+!极径"%’"6"#$