激光光束指向稳定性的测量

光束指向的精确测定技术是光路自准直系统的重要基础技术.本文给出了激光光束指向稳定性的测量方法,利用图像采集卡、CCD相机和自主研发的图像处理软件,对静态光斑及连续He-Ne激光器的输出激光束指向偏差进行实验检测.结果表明:给出的测量系统光束指向角度的测量精度接近1μrad.     

用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性

报导用CCD摄像机检测激光器输出光束的指向稳定性的实验结果。系统由计算机控制，可同时显示远场光斑形状及强度分布。测量He-Ne激光器、半导体激光器及氩离子激光器指向稳定性及激光束输出强度的稳定性。     

正交光楔激光远场焦斑测量方法

为验证正交光楔激光远场焦斑测量方法在提取光斑高频组分、扩展CCD测量动态范围和减小光束质量测量误差等诸方面的有效性,以常用的光束质量因子作为衡量新方法有效性的指标,建立离焦光斑强度分布理论模型并搭建相应的实验平台进行实验验证。验证结果表明:新方法与传统远场测量方案相比,使实验所用CCD的测量动态范围拓展了约9倍,实际光斑远离中心主核区域的大量高频旁瓣分布特征从CCD背景噪声起伏中凸显出来,光束质量因子的测量平均相对误差也有约16%的精度改善。     

激光光斑漂移的检测

针对激光光斑漂移设计了一套光斑漂移检测系统。利用该系统实现了对He-Ne激光器出射光束漂移的检测。它采用CCD摄像头和图像采集卡采集激光器输出光斑，通过专门软件对数字图像进行处理，得出光斑漂移的大小；另外，利用几何光学方法得到了激光光束在X方向、Y方向以及空间立体角上的漂移大小。分析了引起光束漂移的原因。结果表明：He-Ne激光器出射光束的指向主要受温度、环境振动、空气扰动和激光器自身结构的影响。该系统能准确地测量出激光器出射光束的漂移大小，实现光束漂移的控制。     

光学系统受迫振动的激光测量方法

将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150 Hz和200 Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行测量,得到了与输入信号相吻合的振动信号属性。通过实验与分析得知:时域振幅测量精度为6.25 m,频域分辨力为2 Hz,方法简便高效,测量结果准确,已应用于角多路准分子激光主振荡功率放大器系统打靶试验平台光束指向稳定性的研究中。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

基于激光和CCD组合的小孔转轮重复定位精度测量方法

小孔转轮是某试验装置光路自动校准系统的关键器件,重复定位精度是其重要指标之一。为了有效测量运行于真空环境下的小孔转轮重复定位精度,提出了一种基于激光和CCD组合的测量方法,并以转轮滤波小孔光斑中心的位置重复性作为其重复定位精度的评价指标,搭建了一套完整的测量系统。利用CCD采集通过转轮滤波小孔的激光光斑,通过图像处理的方法对激光光斑图像进行滤波去噪、阈值分割、二值化、边缘检测等预处理,利用最小二乘法对激光光斑进行圆拟合,得到光斑中心坐标。在非真空环境下与激光干涉仪进行了对比实验,两者测量的角度偏差仅相差11″,表明了该测量方法具有较高的精度,可以满足测量要求。采用该测量方法对真空环境下的小孔转轮进行了约6 h正反往复各60次的重复性测量,结果表明,该测量方法能有效测量真空环境下小孔转轮的重复定位精度。     

正交狭缝扫描式激光光束质量测量方法研究

传统激光光束质量测量方法在CCD相机靶面前激光光路上加装可调衰减模块，对激光光束进行衰减。但该方法受限于CCD相机像元尺寸限制，难以进行高精度测量。为此该文提出了一种滚轮狭缝式激光光束质量评价方法，在测量时采用狭缝滚轮上的扫描狭缝直接扫描被测激光光束，使用InGaAs探测器配合聚焦透镜进行测量。经过与电机同轴的高精度增量式编码器确保采集位置与采集数据同步，扫描频率根据被测激光脉冲频率和光斑的直径范围可进行调整，该方法对光斑空间采样分辨率优于1 μm。实验结果表明，采用该方法测得的激光M2因子数值与被测激光器提供数值一致，测量不确定度小于10%。     

光斑矩参数阵列测试法的测量不确定度

光斑强度分布的测试在目标跟踪检测、激光光束质量诊断和激光束波前测量等方面具有重要：意义。常用的光斑测试法有面阵CCD法、线阵CCD扫描法、单元探测器扫描法、热敏纸法以及针对某些特殊应用的各具特色的阵列测试设备法。这些方法最终都将给出探测面上光斑强度二维离散分布数据，故都可等效为阵列测试法。     

一种基于四象限探测器的深孔直线度测量方法的研究

介绍了以半导体激光光束为测量基准,采用四象限探测器进行深孔直线度检测的原理和方法。重点针对实际激光器近似于椭圆形状的入射光斑,推导了输出电压与椭圆光斑中心的变化规律,分析了光斑椭圆度对测量误差的影响,论证了方案的可行性与可靠性。     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。     

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是徇激光器性能的重要参数。本文探讨用CCD作为探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程^[1]，并用计算机进行控制及数据处理，大大提高了测量精度和效率，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。     

基于CCD测量激光光束质量M~2

设计并搭建了一套基于CCD测量激光光束质量M2的系统。采用CCD测量激光光束在不同位置处的光束直径,通过非线性最小二乘法拟合测量数据获得光束腰斑直径和远场发散角,再通过公式计算得到激光光束质量M~2。利用本系统测量多组数据,并与专业M~2仪所测的数据进行对比,二者一致性较好,表明采用本实验装置测量激光光束质量M~2可以有效地替代M~2仪。     

Improve accuracy of laser beam width measurement using a genetic algorithm

Beam width measurements of laser beams based on CCD by the second moment method as proposed by International Standardization Organization, are excessively sensitive to the noise far from light beam center. A novel method of noise elimination based on the analysis of the influence from CCD noise on laser beam width measurement result is proposed. The appropriate integral region could be obtained by genetic algorithm to improve accuracy of laser beam width measurement. The experimental results show that method could tolerate heavy CCD noise, and define the corresponding integral region according to requested precision.     

随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。     

一种CCD辅助测量基模(TEM00)激光光斑尺寸的方法

激光光束是一种振幅和等相位面都在变化的高斯球面光波,其最小光斑的位置和大小不易确定,本文在实践的基础上提出一种测量基模(TEM₀₀)激光光斑尺寸的方法,解决了这一问题.