在线焦斑能量分布检测方法

摘要

一种在线焦斑能量分布检测方法，引入一个分光装置将测量仪器损伤阈值以下能量的激光分离出来，利用缩束装置与哈特曼传感器来检测焦斑的能量分布，既可以避免实验光路引入的其他光学元件对实验的影响，又可以利用哈特曼传感器的可编程性来消除采样激光的固有误差来达到在线检测的目的。本发明可广泛应用于激光系统，特别是高功率激光装置的焦斑测试。

主权项

一种在线焦斑能量分布检测方法，其特征在于该方法通过主光路中取样分光镜透过取样测试激光，利用缩束系统将取样测试激光注入哈特曼传感器中，进行波前分布测试焦斑拟合，具体检测步骤如下：①以待测高功率激光器(1)发出的主激光为基准，确定主光轴，在待测高功率激光器(1)发出的主激光方向依次设置取样分光镜(4)、分光镜(7)、反射镜(8)，调整取样分光镜(4)的角度，使主激光反射光垂直正入射到离轴抛物面镜(9)的中心，主激光透过所述的取样分光镜(4)的透射光透过所述的分光镜(7)后被所述的反射镜(8)反射；调整所述的反射镜(8)的角度，使该反射镜(8)的反射光束正入射到哈特曼传感器(12)探头的中心；②离轴抛物面镜的调试：调整轴抛物面镜(9)，确保入射光经离轴抛物面镜(9)反射后，反射光成水平方向；③模拟光源的调试：将光纤激光器(10)作为点光源放置在所述的离轴抛物面镜(7)的焦点处，光纤激光器(10)输出的光束经离轴抛物面镜(9)反射后入射到所述的取样分光镜(4)上，设置半导体激光器(11)，调整所述的分光镜(7)的角度，将所述的半导体激光器(11)发射的激光导入到所述的主光轴上；④扩束系统与缩束系统的调试：将扩束系统(2)置于所述的待测高功率激光器(1)和取样分光镜(4)之间，将缩束系统(5)置入所述的取样分光镜(4)和所述的分光镜(7)之间，经调试保证系统的主光轴不变，出射光仍为平行光束；⑤插入反射镜(3)的调试：将小孔光阑(6)加入在所述的缩束系统(5)和分光镜(7)之间的主光轴，在所述的扩束系统(2)和取样分光镜(4)之间设置插入反射镜(3)，调整小孔光阑(6)使所述的半导体激光器(11)发出的激光束穿过所述的小孔光阑(13)沿所述的主光轴逆向前进，调整所述的插入反射镜(3)的角度，使反射光同样穿过所述的小孔光阑(6)；⑥模拟光固有误差的测量：关闭所述的光纤激光器(10)，开启所述的半导体激光器(11)，该半导体激光器(11)输出的激光经分光镜(7)、缩束系统(5)和取样分光镜(4)后入射到所述的插入反射镜(3)上，该插入反射镜(3)将光束原光路返回，再经所述的分光镜(7)由所述的反射镜(8)反射，由所述的哈特曼传感器(12)检测得到波前信息，记作W₁；然后，关闭半导体激光器(11)，开启光纤激光器(10)，该光纤激光器(10)发出的激光光束入射到离轴抛物面镜(9)反射经所述的取样分光镜(4)反射到插入反射镜(3)上，并由插入反射镜(3)反射，经过缩束系统(5)缩束，经所述的分光镜(7)，所述的反射镜(8)反射后，由所述的哈特曼传感器(12)检测波前信息，记作W₂；经哈特曼传感器(12)直接测量：所述的半导体激光器(11)的初始波前为W_REF1，光纤激光器(10)的初始波前为W_REF2，由半导体激光器(11)输出的激光传播到所述的插入反射镜(3)的波前变化量为W_e，所述的光纤激光器(10)发出的激光由离轴抛物面镜(9)传播到所述的插入反射镜(3)的波前变化量为W_i；由光的传播原理可得到表达式：W₁＝W_REF1+2W_e，W₂＝T^‑1(W_REF2)+W_e+W_i，其中T为所述的离轴抛物面镜的波前变换因子，通过计算得到波前检测的固有误差ΔW＝W_e‑W_i＝(W₁‑W₂)‑[W_REF1‑T^‑1(W_REF2)]，将此固有误差记录并保存到哈特曼传感器(12)中；⑦大能量激光焦斑在线检测：光路中去掉所述的插入反射镜(3)、半导体激光器(11)和光纤激光器(10)，启动所述的待测高功率激光器(1)，发射的主激光经所述的扩束系统(2)、取样分光镜(4)、缩束系统(5)、分光镜(7)，经所述的反射镜(8)反射后，由所述的哈特曼传感器(12)检测波前信息并记为W_测；⑧所述的哈特曼传感器(12)按下式计算聚焦焦斑的最终波前信息为W：W＝ΔW+W_测。