专利名称：手持式激光光束分析仪的制作方法
技术领域：
激光器输出光束质量分析及功率测量属激光技术领域。实时、准确测量激光束空间能量分布等参数并对测量结果给出综合性分析和评价，对激光器研究、开发及应用有重要意义。已有激光光束分析仪器产品，规格齐全(移动扫描式、照相机式、M2因子式等；适用波长从200nm到llOOnm，测量功率从nW到kW)，用途广泛，但都为置于光路中固定使用， 数据传输到电脑进行处理，适宜实验室条件下使用。然而，激光器很多应用是在实验室之外的，比如工业激光加工现场，医学激光临床治疗，激光通信设备，军用激光武器战地演习甚至实战等。无疑这些现场应用的激光器也都有实时检测的需求。因此一种手持使用具有防抖功能、接收显示一体化、内置电源的激光光束分析仪是需要的。
背景技术：
本发明建议的新型(照相机式)手持式激光光束分析仪，其测量范围0. 01-1W，连续和脉冲激光适用，波长范围400-1100nm，配置防抖功能。选用面阵CCD接收器有效像素30万(500 (H) X 582 (V))，面积 5. 16mm(H) X6. 7Imm(V)；中心波长 520nm ；快门速度 1/60-1/100，000 秒。考虑 CCD 接收面
积的选择根据激光(高斯光束)传输理论，激光束腰半径Qci定义为能量下降到最大值 Ι/e处的光束半径。距离光腰ζ处，横模截面大小ω (ζ) = ω0[1+(ζ/ζ0)2]1/2式中，共焦参数、=π ω02η/λ, λ表示被测光波长。一般情况下，瓦级左右的激光束腰大小为毫米量级。测量位置ζ不是距离激光器无穷远，比值ζ/、小于1。以Qci Imm, λ = 1064nm为例，如果在距离激光器Im左右处测量，ω (z) =-^56(0^再考虑 CCD快门速度其下限1/60秒，相当于照相机启用闪光灯时被拍照物亮度所需要的曝光时间。由于测量对象是激光束，而且光束大小基本充满CCD接收面，其亮度远高于普通拍照物亮度(高亮度正是激光最主要的特征)，测量时快门速度远小于1/60秒。因此，数据采集期间手持抖动对测量结果影响应该比较小。辅以防抖技术可以更好地保证测量准确性。被测的瓦级激光束不能直射到CXD接收器上。否则，轻则接收器饱和，重则烧坏接收器。因此，必须设计一个具有一定谱宽，而且衰减倍率适当的能量衰减器置于CXD之前。 一般地，衰减激光能量有三种传统方式光学材料吸收式、玻片堆透射式、偏振式。三种方式各有不足之处。吸收式由于镜片吸收激光能量而产生热畸变，而且不适用于大功率激光束；透射式用N片玻片与入射光呈小角度放置，玻片反射的杂散光在镜筒内形成光噪声，而且光束透过玻片堆后错位严重，不利调整光路；偏振式用晶体棱镜器件，体积大，安装结构复杂，造价高。本发明专门设计了不同于上述方式的反射+偏振式激光能量衰减器。

发明内容
1以CXD接收器为核心，设计了硬件电路。电路中主要功能芯片包括主频300MHz的TMS320VC5502型数字信号处理器(DSP)；容量256K的39VF400A型程序存储器(FLASH) 和容量511的IS61LV51216型数据存储器(RAM) ；26万色2. 8' TFT型触摸彩色液晶显示屏(320x240 像素)。3设计了反射+偏振式激光束衰减器(结构见图1)。光学系统由两片平面镜轧、 M2和一片偏振衰减片Patt构成。Mp M2R寸均为Φ IOmmX 2mm，通光两面镀有相应波长的激光增透膜(透过率T = 99%)。Patt尺寸为Φ IOmmX 2mm，偏振轴平行于通光面。M1, M2装置在内径Φ22πιπι镜筒中，与镜筒轴线呈9.6°角放置，两镜法线垂直间隔6. 6mm。被测激光束(能量为E0)沿镜筒轴线入射到M1上。经过M1后只有0.01 Xh的光反射到M2上， 0. 99XE0的光能量透过M1后被染黑的散热结构的镜筒吸收。经礼反射后，只有10_4Eq的光入射到Patt上，光束方向平行入射光。绕Patt法线旋转偏振轴，可以继续连续衰减激光束，使得照射到CXD上的激光能量以0-10_4&连续变化。4CCD将接收的光信号转变为模拟量的电信号，经过模-数转换变成数字量信号后储存在数据存储器(RAM)中。根据FFT(快速傅里叶变换)算法设计编写的信号处理程序和维纳滤波模式设计编写的防抖程序放在程序存储器(FLASH)中。由数字信号处理器(DSP) 控制数据采集、处理、显示和防抖程序。 5设计了整机结构，设置内置电源及充电插口，标准USB插口，外触发信号接口，可拆卸底座，见图3 (A)。设计了外形和尺寸，见图3 (B)。


图1反射+偏振式激光能量衰减器光路结构图。图2模拟液晶屏显示二维分析CW Nd YAG/KTP激光光束示例。白/红色交界处对应能量下降到15%时的直径；红/黄色对应30%处直径；黄/绿色对应Ι/e处直径，即束腰处。图3 (A)整机结构设计图；⑶整机外形和尺寸。
具体实施例方式手持式使用1握住图3中的手柄并使激光能量衰减器窗口对准被测激光束，使之“正入射到分析仪上”。2触摸液晶屏上的“CW/PULSE (连续/脉冲)”键。(被测激光是连续波选择CW，否则PULSE)。如果选择脉冲工作，将激光电源的脉冲触发信号连接到“外触发IN”接口上。3转动衰减器上的偏振片，使得液晶屏上显示的激光光斑图像最清晰。4触摸液晶屏上的“锁定图像”功能键，截一帧激光模式灰度图像。5触摸液晶屏上的“二维图”功能键，液晶屏显示截图的彩色二维分析图像和分析数据，示例见图2。6触摸液晶屏上的“三维图”功能键，液晶屏显示截图的彩色三维分析数据和分析数据。7触摸液晶屏上的“能量/功率”功能键，液晶屏显示截图的激光能量或功率。固定使用
1安装上可拆卸底座，调整分析仪的方位和高度，使得被测激光束“正如射到分析仪上”。2重复手持式使用方式中步骤2-7。
权利要求
1.本发明涉及的是一种具有防抖功能的手持式激光光束分析仪。本发明的整机设计思想激光光束分析+手持式+(软件)防抖。
2.本发明具有下述专门技术；(1)硬件电路设计，硬件电路功能芯片(CCD接收器、程序存储器、数据存储器、液晶显示屏等)参数配置；(2)反射+偏振式激光能量衰减器结构(详见本发明申请“说明书”附图1)；(3)器件结构(详见本发明申请“说明书”附图3(A))、外观和大小(详见本发明申请 “说明书”附图3(B))。
全文摘要
本发明属激光(测量)技术领域。实时、准确测量激光光束能量空间分布参数，并对测量结果给出综合性分析和评价对激光器设计及应用来说有着重要意义。现有激光光束分析仪需固定在光路中使用，数据传输到电脑处理。本发明旨在提供一种具有防抖功能手持使用、接收显示一体化、内置电源的适合现场测量的激光光束分析仪。本发明建议的(照相机式)手持式激光光束分析仪(结构见图1(A)，外形及尺寸见图1(B))，其测量范围0-1W，波长范围400-1100nm，连续和脉冲激光适用。采用面阵1/3″CCD接收器(有效像素30万)；26万色2.8′TFT彩色液晶触摸显示屏；专门设计了反射+偏振式激光能量衰减器(光路结构见图2)；设计并编写了数据采集、处理、显示和防抖软件；备有标准USB插口；内置电源；外触发IN接口。
文档编号G01J1/00GK102384782SQ20101027322
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者姜守军, 武鹏, 蒋坤君, 邵中兴 申请人:杭州法珀激光科技有限公司