專利名稱：一種用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種激光能量的測量系統(tǒng)，尤其涉及一種采用科學(xué)級CCD進(jìn)行脈沖激光能量測量的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光能量是脈沖激光的一個(gè)重要的基本指標(biāo)，尤其對高功率激光系統(tǒng)，需要確切的知道其輸出的脈沖能量是多少，同時(shí)也需要知道激光光場的強(qiáng)度分布，因此在用于高功率激光的參數(shù)測量組件中，一般均配置有能量測量的能量計(jì)和進(jìn)行光場均勻性測試的科學(xué)級CCD器件，分析比較兩類器件的測量本質(zhì)，均是對光場的強(qiáng)度進(jìn)行測量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣， 成本居高不下。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種測量精度高、 系統(tǒng)簡化以及成本低廉的測量脈沖激光能量的系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)，其特殊之處在于所述用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)包括入射激光器、光學(xué)劈板、標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)、積分球以及科學(xué)級CCD ；所述光學(xué)劈板設(shè)置與入射激光器的出射光路上；所述標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)設(shè)置于光學(xué)劈板的反射光路上；所述積分球設(shè)置于光學(xué)劈板的透射光路上；所述科學(xué)級CCD的敏感面和積分球內(nèi)表面平齊。上述積分球內(nèi)表面球面積與科學(xué)級CCD的敏感面的面積之比不低于100倍。上述光學(xué)劈板的劈角小于5°。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型主要給出一種采用科學(xué)級CCD進(jìn)行脈沖激光能量測量的系統(tǒng)，其目的是替代能量計(jì)，將二者進(jìn)行功能合成，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低成本，實(shí)現(xiàn)能量測量的一種新途徑。本實(shí)用新型采用一種能量基準(zhǔn)傳遞裝置，將標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)的基準(zhǔn)傳遞到CCD輸出的灰度單位；采用經(jīng)過標(biāo)定的CCD器件進(jìn)行能量測量，經(jīng)過特定的數(shù)據(jù)處理方法，得到輸入到CCD 靶面的能量值，本實(shí)用新型采用基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的思路對CCD進(jìn)行標(biāo)定，采用標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)、積分球、不鍍膜的光學(xué)劈板對CCD進(jìn)行了標(biāo)定，將標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)的基準(zhǔn)準(zhǔn)確傳遞到CCD的灰度上， 并對CCD的線形動態(tài)范圍進(jìn)行了標(biāo)定，得到CCD光電響應(yīng)的特征參量；分析了采用CCD的輸出灰度——能量測量結(jié)果之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式；給出了在實(shí)際使用中存在背景光噪聲情況下的CCD能量測量數(shù)據(jù)處理方法，給出了測量結(jié)果所能達(dá)到的精度。在不增加硬件情況下采用數(shù)據(jù)處理方法扣除背景雜光的影響；以上CCD能量測量方法其誤差是確定的，即選定CCD 的線性度誤差。

圖1是本實(shí)用新型能量基準(zhǔn)-CCD灰度傳遞示意圖；[0010]圖2是本實(shí)用新型的C⑶能量測量示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型提供了一種用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括入射激光器、光學(xué)劈板3、標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)4、積分球1以及科學(xué)級CCD2 ；光學(xué)劈板3設(shè)置與入射激光器的出射光路上；標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)4設(shè)置于光學(xué)劈板3的反射光路上；積分球1設(shè)置于光學(xué)劈板 3的透射光路上；科學(xué)級CCD2的敏感面和積分球1內(nèi)表面平齊。積分球1內(nèi)表面球面積與科學(xué)級CCD2的敏感面的面積之比不低于100倍，光學(xué)劈板3的劈角小于5°。本實(shí)用新型所提供的用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)，為了獲取建立已知激光光場的強(qiáng)度分布的灰度與激光能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，該系統(tǒng)就包括入射激光器、 光學(xué)劈板3、標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)4、積分球1以及科學(xué)級CCD2 ；標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)4測量向積分球1所輸出的能量，為已知能量，通過科學(xué)級CCD2后的灰度可以從科學(xué)級CCD2直接讀出，因此，對于已知能量和可以從科學(xué)級CCD2直接讀出的灰度就可以建立已知激光光場的強(qiáng)度分布的灰度與激光能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。為了獲取待測激光能量時(shí)，該系統(tǒng)僅僅包括入射激光器、積分球1以及科學(xué)級 CCD2 ；讀出科學(xué)級CCD2的灰度后，根據(jù)已經(jīng)建立好的已知激光光場的強(qiáng)度分布的灰度與激光能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系就可以直接得到待測激光能量，使用非常方便。下面以一個(gè)較佳的實(shí)施例來對本實(shí)用新型進(jìn)行具體說明第一步能量基準(zhǔn)到CXD灰度傳遞參見圖1，科學(xué)級CCD2采用進(jìn)行光場均勻性測量的科學(xué)級低噪聲器件，積分球1內(nèi)表面球面積與其出口，也就是科學(xué)級接CCD2面積之比大于100倍以上；標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)4，厚度小于8mm、材料為ubk7的不鍍膜的光學(xué)劈板3、入射的脈沖激光；科學(xué)級CCD2與積分球1連接時(shí)務(wù)必使科學(xué)級CCD2的敏感面和積分球內(nèi)表面平齊，為此需要取掉科學(xué)級CCD2的外殼；標(biāo)定時(shí)采用科學(xué)級CCD2工作波長的準(zhǔn)直激光作為光源輸入積分球1 ；入射激光小角度入射到光學(xué)劈板的前表面(夾角小于5° )，光學(xué)劈板前表面反射光采用標(biāo)準(zhǔn)能量卡計(jì)接收，其透射光入射到積分球中；假設(shè)入射激光能量為一個(gè)單位，劈板的分光系數(shù)為r，透過系數(shù)為t，積分球的內(nèi)表面面積為&，CCD靶面面積為S。，標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)讀數(shù)為N，材料的吸收忽略不計(jì)(理論計(jì)算表明在材料厚度小于IOmm時(shí)，對工作波長的激光吸收小于0. 1 % )，則實(shí)際入射到CCD靶面的
+N Λ 、2 Sc
能量為=X~對于不鍍膜的光學(xué)表面，在小角度入射情況下，其反射率
由菲捏爾公式唯一確定，因此公式中r是確定的，而積分球的內(nèi)表面積及CCD的靶面也是確定已知的，則由公式可以得到CCD靶面接收到的能量值，同時(shí)CCD像元輸出的灰度也是已知的；在不同的輸入能量下，得到一系列的能量——靶面灰度均值測量點(diǎn)，經(jīng)過最小二
乘法可以擬合出光電響應(yīng)曲線f = k + 5，x為輸入激光能量由第4)步得到，；^為光電響應(yīng)
的斜率，S是器件響應(yīng)的本底，^為CCD的像元灰度均值輸出，得到光電響應(yīng)曲線即得到了
4能量基準(zhǔn)-灰度基準(zhǔn)的傳遞關(guān)系；第二步(XD進(jìn)行脈沖激光能量測量的實(shí)現(xiàn)附圖2是激光參數(shù)測量組件的光路示例，在該組件中即包含有能量卡計(jì)，也包含有進(jìn)行光場強(qiáng)度分布測量的科學(xué)級CCD，以該圖為例說明采用科學(xué)級CCD進(jìn)行能量測量的實(shí)現(xiàn)；假設(shè)將能量為χ的激光投射到CCD靶面，對每一個(gè)CCD像元均存在光電響應(yīng)的關(guān)系式，因此有
權(quán)利要求1.一種用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)，其特征在于所述用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)包括入射激光器、光學(xué)劈板、標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)、積分球以及科學(xué)級CCD ；所述光學(xué)劈板設(shè)置與入射激光器的出射光路上；所述標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)設(shè)置于光學(xué)劈板的反射光路上；所述積分球設(shè)置于光學(xué)劈板的透射光路上；所述科學(xué)級CCD的敏感面和積分球內(nèi)表面平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)，其特征在于所述積分球內(nèi)表面球面積與科學(xué)級CCD的敏感面的面積之比不低于100倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)劈板的劈角小于5°。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于測量脈沖激光能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括入射激光器、光學(xué)劈板、標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)、積分球以及科學(xué)級CCD；光學(xué)劈板設(shè)置與入射激光器的出射光路上；標(biāo)準(zhǔn)能量計(jì)設(shè)置于光學(xué)劈板的反射光路上；積分球設(shè)置于光學(xué)劈板的透射光路上；科學(xué)級CCD的敏感面和積分球內(nèi)表面平齊。本實(shí)用新型提供了一種測量精度高、系統(tǒng)簡化以及成本低廉的測量脈沖激光能量的系統(tǒng)。
文檔編號G01J1/42GK202133468SQ201020636929
公開日2012年2月1日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉力, 孫策, 田新鋒, 董曉娜, 達(dá)爭尚 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所