CN108344507A - 一种光谱合成***的性能测试装置及方法 - Google Patents

一种光谱合成***的性能测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光谱合成***的性能测试装置，包括顺次在光谱合成光路的光轴上放置的多个并列排放的光源、准直镜和光栅，还包括顺次在测试光路的光轴上放置的光栅、功率衰减器和哈特曼波前传感器，光栅位于这两条光轴的交汇处，是光谱合成光路(光轴)的光线入射点，也是测试光路(光轴)的光线出射点，哈特曼波前传感器包括微透镜阵列和阵列探测器，光栅出射的光线沿测试光路的光轴顺次经过功率衰减器、微透镜阵列和阵列探测器，阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。本发明可对各路合成激光进行测试，得到它们的倾斜、离焦和入射光栅时的位置偏差信息，从而对光谱合成性能进行评价；本发明的性能测试装置原理简单，操作方便，环境适应性强。

Description

一种光谱合成***的性能测试装置及方法
技术领域
本发明涉及光谱合成***的性能测试领域，具体涉及一种光谱合成***的性能测试装置及方法。
背景技术
光谱合成技术利用光栅等合成器件，将多路窄线宽光纤激光合成为单路高功率、高亮度激光输出。光谱合成光纤激光具有可扩展性强、作用距离远、转换效率高、结构紧凑及易于保障等优点。光谱合成技术是新型光束合成技术，各项关键技术还在快速发展中，由于光谱合束激光中包含多种光谱成分，影响其合成效果的因素众多，对测试评价方法提出了新的要求，传统的的测试方法是将CCD等光电传感器放置于合成光路上，主要测量波前斜率，通过读取光斑的位置来判断各路激光光束是否重合，但是无法对单路激光的倾斜和离焦等状态进行判断。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种光谱合成***的性能测试装置，包括顺次在光谱合成光路的光轴上放置的多个并列排放的光源、准直镜和光栅，还包括顺次在测试光路的光轴上放置的光栅、功率衰减器和哈特曼波前传感器，所述光栅位于这两条光轴的交汇处，是光谱合成光路(光轴)的光线入射点，也是测试光路(光轴)的光线出射点，所述哈特曼波前传感器包括微透镜阵列和阵列探测器，所述光栅出射的光线沿测试光路的光轴顺次经过功率衰减器、微透镜阵列和阵列探测器，所述阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。
具体地，所述的光源为激光器。
具体地，所述的阵列探测器连接光斑阵列显示器，所述的光斑阵列显示器上显示出在阵列探测器上形成的光斑阵列图像。
本发明还提供了使用前述的性能测试装置的一种光谱合成***的性能测试方法，包括如下步骤：
步骤一、将测试光路的光轴放置在光谱合成光路的光轴上，使得所述光栅位于这两条光路的光轴的交汇处,所述光栅是光谱合成光路(光轴)的光线入射点，也是测试光路(光轴)的光线出射点；
步骤二、根据步骤一给出的两条光路的光轴，用准直参考光在所述阵列探测器上确定光束的中心位置；
步骤三、分别开启光谱合成光束的单路光源，此时其它路光源保持关闭状态，观测并分析其在阵列探测器形成的光斑图像；
步骤四、通过对光斑图像进行记录和分析，得到光谱合成光束的各单路光源出射光束的倾斜、离焦和入射光栅时的位置偏差信息，从而对光谱合成光束的性能进行准确评价。
所述步骤一中，将测试光路放置在光谱合成光源光轴上，具体地，不同波长的激光器出射的光束以不同的角度入射到所述光栅上，由于光栅衍射作用，衍射光束以相同的角度从所述栅衍出射，出射的光束经过功率衰减***后垂直进入哈特曼传感器，根据测试光路(光轴)调整哈特曼传感器位置使得所述阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。
所述的步骤二中，用准直参考光在所述阵列探测器上确定光束的中心位置，具体地，用准直参考光入射哈特曼波前传感器确定光束的中心位置，作为参考基准。
所述的步骤三中观测并分析其在阵列探测器形成的光斑图像，具体地，将所述的光斑图像记录显示在光斑阵列显示器上进行观测并分析。
所述的步骤四中的对光谱合成性能进行准确评价，具体地，先用准直参考光照明微透镜阵列，测出每一个微透镜对应的光斑中心坐标，作为参考基准；当入射光束不是标准的平行光时，微透镜内的波前倾斜或不平行将造成光斑的位置偏移或大小的变化，据此对合成激光的光束质量进行评价。
本发明提供了光谱合成***的性能测试装置及方法，可实现对各路合成激光进行测试，得到它们的倾斜、离焦和入射光栅时的位置偏差等信息，从而对光谱合成性能进行评价；本发明的性能测试装置原理简单，操作方便，环境适应性强；本发明的性能测试方法适用于光纤激光器光栅光谱合成以及其他光束合成领域。
附图说明
图1为本发明中实现光谱合成***性能测试的装置图；
图2为本发明中平行的准直光激光入射哈特曼波前传感器时的光斑(图像)分布情况；
图3为本发明中一例倾斜激光波前入射哈特曼波前传感器时的光斑(图像)分布情况；
图4为本发明中一例离焦激光波前入射哈特曼波前传感器时的光斑(图像)分布情况。
图中：1-哈特曼传感器，2、3、4-激光器，5-准直镜，6-光栅，7-功率衰减装置，8-微透镜阵列，9-阵列探测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于帮助理解本发明，并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种光谱合成***的性能测试装置，包括顺次在光谱合成光路的光轴上放置的多个并列排放的激光器光源(激光器2、3、4)、准直镜(对光束进行准直的透镜)和光栅，还包括顺次在测试光路的光轴上放置的光栅、功率衰减器和哈特曼波前传感器，所述光栅位于这两条光轴的交汇处，是光谱合成光路的光线入射点，也是测试光路的光线出射点，所述哈特曼波前传感器包括微透镜阵列(阵列中的微透镜数量，由需要的像素决定，像素高，数量多)和阵列探测器，所述光栅出射的光线沿测试光路的光轴顺次经过功率衰减器、微透镜阵列和阵列探测器，所述阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。
所述的阵列探测器连接光斑阵列显示器，本实施例中为电脑，电脑显示屏上显示出在阵列探测器上形成的光斑阵列图像。
利用前述性能测试装置的光谱合成***的性能测试方法，包括如下步骤：
步骤一、将测试光路的光轴放置在光谱合成光路的光轴上，使得所述光栅位于这两条光路的光轴的交汇处,所述光栅是光谱合成光路的光线入射点，也是测试光路的光线出射点；
具体地，不同波长的激光器出射的光束以不同的角度入射到所述光栅上，由于光栅衍射作用，衍射光束以相同的角度从所述栅衍出射，出射的光束经过功率衰减***后垂直进入哈特曼传感器，根据测试光路(光轴)调整哈特曼传感器位置使得所述阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。
步骤二、根据步骤一给出的两条光路的光轴，用准直参考光(与用于光谱合成的多路激光在相同位置)在所述阵列探测器上确定光束的中心位置；
具体地，用准直参考光入射哈特曼波前传感器确定光束的中心位置，作为参考基准。
步骤三、分别开启光谱合成光束的单路光源，此时其它路光源保持关闭状态，观测并分析其(通过哈特曼传感器后)在阵列探测器形成的光斑图像；
具体地，将所述的光斑图像记录显示在电脑显示屏上进行观测并分析。
步骤四、通过对光斑图像进行记录和分析，得到光谱合成光束的各单路光源出射光束的倾斜、离焦和入射光栅时的位置偏差信息，光谱合成要求将各路光打在光栅的同一个地方(图1中的6号元件)，若未打在同一个地方，即位置有偏差，表现为在阵列探测器上形成的光斑阵列的位置会有差异，从而对光谱合成光束的性能进行准确评价。
具体地，先用准直参考光照明微透镜阵列，测出每一个微透镜(也可称为子孔径)对应的光斑中心坐标，作为参考基准；当入射光束不是标准的平行光时，微透镜内的波前倾斜或不平行将造成光斑的位置偏移或大小的变化，据此对合成激光的光束质量进行评价。
根据合成激光光轴放置哈特曼传感器，图1中三个激光器2、3、4的输出的激光束波长分别为1056nm,1064nm,1080nm,其光束质量M2分别为1.12,1.11,1.10，功率均为100W。经过准直镜5后，以不同的角度入射到光栅上，由于光栅衍射作用，衍射光束经过功率衰减装置，为了适应阵列探测器的功率承受范围，必须使用功率衰减装置，本实施例中为楔镜，也可以为其他分光镜片或衰减片及它们的组合，各波长的功率衰减到约为10mW，进入哈特曼传感器的微透镜阵列，经过微透镜阵列聚焦后进入哈特曼传感器的阵列探测器；一路一路开启调试，开启激光器2，此时激光器3和激光器4保持关闭状态，得到此时的光斑图像分布情况如图3所示，黑色带箭头的光线平行，虽准直但倾斜，激光波前入射哈特曼波前传感器(图中箭头所接触的左边一条黑线表示光的入射面)，中间的六个竖直首尾连接排列的小椭圆为微透镜阵列，右边一条粗黑线表示经过微透镜阵列聚焦后进入哈特曼传感器的阵列探测器上形成的光斑分布图像，各光斑均向下移开十字中心；最右侧为光斑分布图像；和平行的准直光激光入射的情况，如图2所示进行对比得到，该光束相对光轴具有一定的倾斜；开启激光器3，此时激光器2和激光器4保持关闭状态，得到它的光斑图像分布情况如图4所示，黑色带箭头的光线平行，虽准直但倾斜，激光波前入射哈特曼波前传感器(图中箭头所接触的左边一条黑线表示光的入射面)，中间的六个竖直首尾连接排列的小椭圆为微透镜阵列，右边一条粗黑线表示经过微透镜阵列聚焦后进入哈特曼传感器的阵列探测器上形成的光斑分布图像，各光斑均变大且向中间汇聚并不在十字中心；最右侧为光斑分布图像；和平行的准直光激光入射的情况，如图2所示进行对比，光斑变大且向中间集中表示该光束有一定的汇聚，未准直好。
该实施例表明，本发明设计简单、检测方便、易于操作、实用性良好，在激光光谱合成领域具有较大意义。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种光谱合成***的性能测试装置及方法，包括顺次在光谱合成光路的光轴上放置的多个并列排放的光源、准直镜和光栅，还包括顺次在测试光路的光轴上放置的光栅、功率衰减器和哈特曼波前传感器，所述光栅位于这两条光轴的交汇处，是光谱合成光路的光线入射点，也是测试光路的光线出射点，所述哈特曼波前传感器包括微透镜阵列和阵列探测器，所述光栅出射的光线沿测试光路的光轴顺次经过功率衰减器、微透镜阵列和阵列探测器，所述阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。
2.根据权利要求1所述的性能测试装置，其特征在于所述的光源为激光器。
3.根据权利要求2所述的性能测试装置，其特征在于所述的阵列探测器连接光斑阵列显示器，所述的光斑阵列显示器上显示出在阵列探测器上形成的光斑阵列图像。
4.根据权利要求1或2或3所述的性能测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、将测试光路的光轴放置在光谱合成光路的光轴上，使得所述光栅位于这两条光路的光轴的交汇处,所述光栅是光谱合成光路的光线入射点，也是测试光路的光线出射点；
步骤二、根据步骤一给出的两条光路的光轴，用准直参考光在所述阵列探测器上确定光束的中心位置；
步骤三、分别开启光谱合成光束的单路光源，此时其它路光源保持关闭状态，观测并分析其在阵列探测器形成的光斑图像；
步骤四、通过对光斑图像进行记录和分析，得到光谱合成光束的各单路光源出射光束的倾斜、离焦和入射光栅时的位置偏差信息，从而对光谱合成光束的性能进行准确评价。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述步骤一中，将测试光路放置在光谱合成光源光轴上，具体地，不同波长的激光器出射的光束以不同的角度入射到所述光栅上，由于光栅衍射作用，衍射光束以相同的角度从所述栅衍出射，出射的光束经过功率衰减***后垂直进入哈特曼传感器，根据测试光路调整哈特曼传感器位置使得所述阵列探测器位于微透镜阵列的聚焦焦点处。
6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于所述的步骤二中，用准直参考光在所述阵列探测器上确定光束的中心位置，具体地，用准直参考光入射哈特曼波前传感器确定光束的中心位置，作为参考基准。
7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于所述的步骤三中观测并分析其在阵列探测器形成的光斑图像，具体地，将所述的光斑图像记录显示在光斑阵列显示器上进行观测并分析。
8.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于所述的步骤四中的对光谱合成性能进行准确评价，具体地，先用准直参考光照明微透镜阵列，测出每一个微透镜对应的光斑中心坐标，作为参考基准；当入射光束不是标准的平行光时，微透镜内的波前倾斜或不平行将造成光斑的位置偏移或大小的变化，据此对合成激光的光束质量进行评价。
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