發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 01:06

【摘要】：隨著激光技術(shù)的發(fā)展,生產(chǎn)、加工和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)測(cè)量激光光束質(zhì)量的需求不斷增強(qiáng)。實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)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(fù)振幅傳輸特性出發(fā),在研究光束質(zhì)量分析理論基礎(chǔ)上,提出了基于光波復(fù)振幅重構(gòu)法實(shí)時(shí)測(cè)量光束質(zhì)量的方法。通過采集沿光軸方向兩個(gè)不同截面位置光強(qiáng)分布,求解光強(qiáng)傳輸方程獲取相位重構(gòu)復(fù)振幅。繼而利用角譜傳輸算法將復(fù)振幅傳輸?shù)絻杀度鹄秶鷥?nèi)不同位置獲得各個(gè)位置的光強(qiáng)分布并計(jì)算各分布對(duì)應(yīng)的束寬尺寸大小。最后利用最小二乘法將軸向位置坐標(biāo)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(jì)算得到光束質(zhì)量參數(shù)。本文用重構(gòu)復(fù)振幅進(jìn)行軸向傳輸來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)延時(shí)掃描的環(huán)節(jié),讓測(cè)試過程更具有實(shí)時(shí)性。由于角譜傳輸可以獲得任意軸向位置的光強(qiáng)分布,該方法可以計(jì)算所有種類的光束質(zhì)量參數(shù),甚至是超出傳統(tǒng)儀器測(cè)量范圍的參數(shù),這些是現(xiàn)有的光束質(zhì)量測(cè)試方法無(wú)法做到的。本文設(shè)計(jì)了光束質(zhì)量測(cè)量的光路圖和實(shí)驗(yàn)方案,分別對(duì)He-Ne激光器和高功率光纖激光器進(jìn)行測(cè)量,與M2-200s型光束質(zhì)量測(cè)試儀和Thorlabs夏克哈特曼波前傳感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)中恢復(fù)的相位和測(cè)量的光束質(zhì)量的準(zhǔn)確性。論文對(duì)測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差分別進(jìn)行了評(píng)定,并討論了誤差源。文章還給出C#語(yǔ)言編寫的實(shí)時(shí)測(cè)量光束質(zhì)量的軟件,除了可以進(jìn)行光束測(cè)試外還能夠輔助光學(xué)系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249
【圖文】：

表征傳輸參數(shù)．？遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，Ｐ因子，這一類型參數(shù)主要表征光束的擴(kuò)散水平。逡逑三綜合表征遠(yuǎn)近場(chǎng)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(guān)系可以用圖１．１表示出來(lái)。逡逑桶中功率ｐ舊邐＊�。惫﹀义媳碜C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(yuǎn)場(chǎng)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(zhì)量參數(shù)關(guān)系圖逡逑激光光束質(zhì)量根據(jù)不同的評(píng)價(jià)需求有不同的表征參數(shù)，但從測(cè)量?jī)x器的角度來(lái)說無(wú)逡逑法避開的一個(gè)參數(shù)是Ｍ２因子。首先它是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納作為描述光束質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)逡逑參數(shù)，其次它具有綜合描述光束遠(yuǎn)近場(chǎng)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(zhuǎn)換成ＢＰＰ、Ｋｆ等一系列參逡逑數(shù)。并且根據(jù)本文計(jì)算方法還可以利用束腰位置光斑尺寸和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角計(jì)算出＃因子值、逡逑ＰＩＢ和桶中功率等參數(shù)。所以本文關(guān)于光束質(zhì)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(jì)算得出。逡逑１．３光束質(zhì)量實(shí)時(shí)測(cè)量的國(guó)內(nèi)外研宄現(xiàn)狀逡逑實(shí)時(shí)光束測(cè)量領(lǐng)域要比非實(shí)時(shí)領(lǐng)域起步晚的多。本文按時(shí)間順序?qū)?shí)時(shí)測(cè)量光束質(zhì)逡逑量的方法依次進(jìn)行討論。逡逑２００２年Ｚａｖａｌｏｖａ邋Ｖ．Ｙｅ［１５＾出了利用波前檢測(cè)裝置測(cè)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(jié)構(gòu)，在傳感器前放置微透鏡陣列，通過測(cè)量逡逑接收的信號(hào)大小求解得到復(fù)振幅，再利用衍射傳輸公式計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和束腰寬度，

對(duì)于混合模式較多的光束得到的測(cè)量結(jié)果誤差較大［２（）＿２２］。逡逑２００６年中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所房滔Ｉ２３］等人研究了一個(gè)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(cè)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(shí)移動(dòng)的測(cè)量過程變?yōu)橥瑫r(shí)成像，利用空間換取時(shí)間達(dá)到實(shí)逡逑時(shí)效果。該方法的關(guān)鍵器件是正交光柵和配套的光路調(diào)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(diào)整器反射后入逡逑射到ＣＣＤ靶面，形成９個(gè)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(nèi)，由此可以將各自光斑尺寸與對(duì)應(yīng)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(lái)代替延時(shí)線取光程，優(yōu)點(diǎn)顯而易見即可以達(dá)到實(shí)逡逑時(shí)測(cè)量，但不足也很突出。首先該系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)不同種類不同瑞利距離的激光系統(tǒng)，當(dāng)逡逑更換測(cè)試激光時(shí)調(diào)整將成為一個(gè)突出的難題。再者從該方法的實(shí)現(xiàn)照片中可以看到，除逡逑了中心級(jí)次

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2724941