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激光光束测量系统 激光波前特性与光斑品质分析被完美的整合在一个仪器中仪器特点： 从波前探测得出激光系统的波前偏差值，如斜度、像散、彗差等 通过对光斑光强分布的分析得到光斑品质的M2值 光腰的测量、光腰的位置、光束发散角 高斯轮廓的匹配图像重建3D波前 将参考波前图像与获得的激光波前图像对比，实时的对激光器进行在线调整，进行在线对焦、对准等操作 对激光元件，透镜、镜片测试 两个波段，, 可见光 0.4 to 1.1and 近红外 0.7 to 1.8 Sensoft: Sensoft Laserino是与仪器配套的软件, 基于Shack-Hartmann原理的波前传感器控制分析软件，主要用于激光的优化.软件在XP与WIN2000等操作系统下使用. 为便于大家对波前诊断感念的理解，现特摘抄部分国内专家关于波前诊断的论文供参考 Shack-Hartmann传感器在光束质量测量中的应用 随着激光技术的发展，传统的通过测量光强分布来分析研究激光器光束质量的方法已经远远不能满足其要求，特别象用于激光核聚变的这类大型激光器，其结构复杂，对远场的光强分布要求很高，要实现这些光强分布，不了解其光束的相位分布已经不太可能。然而，对激光器光束质量的现场测量常遇见的问题是环境有较强或很强的电和振动等多种干扰，使得用干涉仪进行波面测量变得困难重重，Shack-Hartmann探测器则以其对测量环境要求低，测量信息完整等优点，越来越多地应用于各种激光器的测量中，下面将简要介绍Shack-Hartmann探测器的工作原理，再结合其特点给出应用实例。 1Shack-Hartmann探测器原理 Shack-Hartmann波前传感器的工作原理如图1所示，入射光瞳被微阵列透镜分隔成许多子孔径，每个子孔径内的子透镜均把入射到它上面的光聚焦到面阵探测器的靶面上形成光斑。如果入射波前为理想平面波前，则每个子透镜所形成的光斑将准确落在各子透镜的焦点上；如果入射波前有相位畸变，即光波面不是垂直于光轴的平面波，则每个子透镜所形成的光斑将在其焦平面上偏离其焦点。被测波前相对参考波前的子孔径光斑偏移量反映了子孔径内入射波前瞬时平均波前斜率，经计算机处理可得子孔径内x、y两个正交方向上的平均斜率，由各子孔径平均斜率就可恢复出入射波前相位。进一步将每个子孔径中的光强作为子孔径的平均光强，可以拟合出光束的近场光强分布，这样，就可以获得光场的相位和强度分布，并对其进行详细的分析，获得如远场分布、光束质量等评价光束和光学系统的重要性能参数。如果面阵探测器有一定的帧频，还可以通过比较前后的波面变化等，达到了解光束随时间变化等过程。 Shack-Hartmann探测器中的一个关键器件是阵列透镜。它的作用是使得有象差的波面在其分割下，每一子波面均可以近似为平面波，从而可以测量出子波面的平均斜率，为拟合出象差波面提供必要精度的数据。它的密度越高，即子透镜数目越多，其将波面切割得越小，测量精度越高。由于传统的加工方法不能做到均匀、高密度地排列各个子透镜，极大地限制了其应用。20世纪70年代，随着用光刻方法制造阵列透镜技术的突破，Shack-Hartmann传感器才在多种测量中获得广泛的应用，其中，对光束质量的测量是其重要的应用领域之一。 2 Shack-Hartmann探测器在光束质量测量中的应用 Shack-Hartmann探测器对YAG激光器、氦氖激光器及准分子激光器等的光束质量进行测量，图2是用于测量光束质量的典型子孔径排布方式，可以对圆形实心和空心光斑进行测量。另外，通过各种形状的阵列透镜排布方式，还可以对其他形状的光束进行测量。 图3是其研制的Shack-Hartmann探测器输出的典型数据，在这里给出了测量波前变化的峰峰值，RMS值，前十五项Zernike多项式的系数及复原出的波前图形，从中可以了解到这一时刻的波前情况。进一步，通过对探测器采集到的系列波前进行分析，可以获得其变化情况，图4是对一台YAG激光器测量得到的离焦变化情况示意图，从中可以知道该激光器的焦距不稳定情况。再进行更仔细的分析，还可以获得其他象差的变化情况及对远场光斑的影响，对从事激光器技术研究的人员有重要的参考价值。 3.传感器在测量光束质量因子M2中的应用 普通的激光光束一般是基模或多模高斯光束，其强度分布是不均匀的，用H-S 测量光束的相位分布的同时还可以测得光束的强度分布，方法是根据探测得到的光斑阵列分别计算每个子孔径的能量，然后用抽样定理进行离散光斑的强度分布拟合。由M 2因子定义式可知，它同时包含了光束的近场和远场特性，积分地反映了光强的空间分布。因此较好地反映了光束质量的实质 [6][7]， 但对于环行光束这样的有陡边界存在的激光光束，以二阶矩定义的束 腰宽度是不收敛的[10] ，因此选取用有限孔径光学系统扩束并准直后的实心圆形激光光束为研究对象，其相位分布用Zernike 多项式前35 阶构造这是一系列畸变的波前[8] 。文献[7]指出畸变越大的波前的M 2因子值越大[7] ，并且即使是强度均匀分布的平面波或球面波光束，由于其空间频率带宽大于基模高斯光束的空间频率带宽，所以前者的发散角也将大于后者的发散角。这直接导致前者的M 2因子值大于基模高斯光束的M 2因子值1[9]。 实际多模激光束因为存在像散性与不对称性，因此在测量光场分布时需在横截面上测出x和y两个正交方向的束腰。束宽和光束发散角[11] M 2因子值也存在2 2 , x y M M 两个值。由于近场相位是影响远场各种量的主要因素，因此通过重构出的波前相位可以进行远场各种量的分析，比较本文主要以M 2因子来说明Shack-Hartmann 波前传感器的重构波前与原始波前的差异并进而说明Shack-Hartmann波前传感器在光束质量诊断中测量M 2因子的可行性。 总结 Shack-Hartmann探测器(Shack-Hartmann Sensor)是一种通过测量光强来获得光束波前的一类探测器。它对测量环境要求较低，可以测量到光强、相位和他们随时间变化的规律，对分析各种光学系统，进行大气光学测量等有重要价值。近年来，利用其对测量环境要求低，测量数据全面的优点，已将其应用于对激光束的光束质量分析研究中，取得了很好的结果。随着这一技术的进一步发展，光束质量的测量将更方便、更可靠。 分享到：
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baiyun008 2012-11-16 15:20