漫射靶及应用该漫射靶的激光光束诊断系统及其诊断方法

摘要

本发明公开了一种漫射靶及应用该漫射靶的激光光束诊断系统及其诊断方法，漫射靶包括基底和设置在基底的表面或内部的漫射层；应用该漫射靶的激光光束诊断系统包括具有朗伯特性的漫射靶、CCD成像模块、数据采集和处理装置，其中，漫射靶为漫反射靶或漫透射靶；所述的诊断方法为：具有朗伯特性的漫射靶漫射被测激光光束，并产生漫射光，CCD成像模块接收漫射靶的漫射光后成像，并将成像的数据输出到数据采集和处理装置，数据采集和处理装置对该数据进行处理，得到被测激光光束的特性数据。本发明诊断精确，不存在由于光学系统复杂带来的光束畸变问题，且被测激光光束不受功率/能量、直径、远场/近场的限制，特别适合于大直径或特大直径的激光光束的诊断。

说明书

技术领域

本发明涉及一种漫射靶及应用该漫射靶的激光光束诊断系统及其诊断方法，尤其是一种利用漫射靶的漫射光成像进行诊断的激光光束诊断系统及其诊断方法，属于信息科学技术领域。

背景技术

现有的激光光束诊断系统一般包括一个特定的光学装置，用于将被测激光光束的直径缩小到小于CCD靶面的尺寸，此外还包括：CCD成像器件、数据采集和处理装置，所述的特定光学装置可以将被测激光光束的直径缩小到小于CCD靶面的尺寸，再用CCD成像器件对其进行接收和测量，测量的结果输出到数据采集和处理装置，由数据采集和处理装置对CCD成像器件测量得到的信号进行采集、处理，从而得到被测激光光束的特性。这种激光光束诊断系统所采用的光学装置结构复杂，极易产生附加光束畸变；而且，随着被测激光光束功率/能量越大，产生的畸变也越大，这使得最后得到的激光光束特性与实际的特性偏差很大。因此，现有的激光光束诊断系统仅适合于功率/能量较小、直径较小或近场光束的诊断，不适合大光束直径、特大光束直径、远场或大功率/能量的光束诊断。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一具有朗伯特性的漫射靶，使该漫射靶产生的漫射光具有与入射光相同的特性。

本发明的另一目的在于针对现有技术的不足，提出一种应用上述漫射靶的激光光束诊断系统，避免因使用结构复杂的特定光学装置而使被测激光光束产生的附加光束畸变，能准确得出被测激光的特性，且被测激光光束不受功率/能量、直径、远场/近场的限制。

本发明的又一目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于应用漫射靶的激光光束诊断系统的诊断方法，准确的诊断出被测激光光束的特性，特别是大功率/能量、大/特大直径、远场的激光光束的特性测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有朗伯特性的漫射靶，由在基底上结合漫射层构成。为了使漫射靶具有朗伯特性，其漫射层由颗粒状材料制成，颗粒的尺寸与被测激光的波长同数量级，当入射光照射在漫射层时，在漫射靶的外部空间形成与入射光特性相同的漫射光区。根据漫射层及与其结合的基底的不同，所述的漫射靶可分为漫反射靶和漫透射靶。

所述的漫反射靶由在非透明的基底上结合漫反射层构成，与其结合的基底由不透明的材料制成，当功率很大的入射光照射在基底表面的漫射反层时，会产生大量的热，这就要求漫射反层材料的颗粒熔点高，其熔点在500℃以上，基底的散热效果好，其导热系率在1.0W/cm·deg以上。当入射光照射在漫射反层时，在光源的同侧形成与入射光特性相同的漫反射光区。

所述的漫透射靶由漫透射层和基底组成，与其结合的基底由具有透明度的材料制成，当入射光照射在漫透射层时，入射光透过漫透射层和基底在光源的异侧形成与入射光特性相同的漫透射光区。

所述漫透射靶的漫透射层是在具有透明度的材料上通过磨砂、喷砂或乳化直接加工而成，当入射光照射在漫透射层时，入射光透过加工层和基底在光源的异侧形成与入射光特性相同的漫透射光区。

其中，基底的透过率在5-70％之间，也就是说，基底的透明度是可变的，根据入射光的具体特性，采用不同的透明度的基底。

漫透射层的热膨胀系数小于30 10^-6deg^-1。

一种激光光束诊断系统，包括具有朗伯特性的漫射靶、CCD成像模块、数据采集和处理装置；漫射靶对被测激光光束漫射，产生漫射光，在漫射靶的外部空间形成漫射光区，CCD成像模块接收漫射靶的漫射光后成像，并将成像的数据输出到数据采集和处理装置，数据采集和处理装置对该数据进行处理，得到被测激光光束的特性数据。

所述的漫射靶可以是上述漫射靶中的任意一种，当漫射靶是在非透明的基底上给合漫反射层构成的漫反射靶时，位于基底一侧表面的漫反射层与被测激光光源相对，用于反射被测激光光源发出的光束。

当漫射靶是将对被测光束透明或部分透明的透射板直接处理成具有朗伯特性的透射板时，该透射板的透明部分与被测激光光源相对，透射被测激光光束。

当漫射靶是在透明的基底上嵌入透射层构成的漫透射靶时，透射层嵌设在基底中的远离激光光束输入的一侧，透射被测激光光束。

所述的CCD成像模块包括成像镜头和面阵CCD摄像机，成像镜头安装在面阵CCD摄像机的前面，在成像镜头前依次安装有衰减器组、滤光片，滤光片接收漫射光，经过滤光片的漫射光依次经过衰减器组、成像镜头，进入面阵CCD摄像机，面阵CCD摄像机对该漫射光成像，并把成像的信号输出给数据采集和处理装置。其中，所述的衰减器组由一片以上倍率不同的中性衰减片组成。

所述的CCD成像模块与漫射靶的距离为使漫射靶在CCD摄像机的视场范围之内。

所述的数据采集和处理装置包括图像采集卡和安装有处理模块的计算机，采集卡接收CCD成像模块的输出信号，并将该信号处理成计算机可以接收的数据发送给计算机，计算机上的处理模块对接收到的信号进行判断、分析、计算，得出被测光束的特性数据。

一种激光光束诊断方法，包括如下步骤：

步骤一：用漫射靶接收被测激光光束，产生漫射光；

步骤二：CCD成像模块接收漫射靶的漫射光后成像，并将成像的数据输出到数据采集和处理装置；

步骤三：数据采集和处理装置对该数据进行处理，得到被测激光光束的特性数据。

步骤一中漫射靶产生的漫射光为由漫反射靶产生的漫反射光或由漫透射靶产生的漫透射光。

在所述的步骤二之前还包括：调整CCD成像模块与漫射靶的距离，使CCD成像模块中的面阵CCD摄像机工作在线性范围内。

所述的步骤三中数据采集和处理装置对CCD成像模块送来的数据进行的处理包括：采集卡采集CCD成像模块送来的数据，并将其转换成计算机可以接收的数据，通过数据线发送给计算机；计算机中的软件对采集卡发送来的数据进行处理、计算，得到被测激光光束的特性数据。

综上所述，具有朗伯特性的漫射靶对入射激光光束产生的漫射光具有与入射光束相同的特性，且制成漫射靶的材料使漫射靶能够承受远场、大能量/功率的激光。应用该漫射靶的激光光束诊断系统不但结构简单，而且诊断精确，不存在由于光学系统复杂带来的光束畸变问题，且被测激光光束不受功率/能量、直径、远场/近场的限制；基于应用该漫射靶的激光光束诊断系统的诊断方法简单，易操作，诊断准确，特别适合于直径或特大直径的激光光束的诊断，解决了现有激光光束诊断系统不能诊断远场、大直径或特大直径的激光光束的问题。

附图说明

图1为本发明提出的具有朗伯特性的漫反射靶结构图；

图2为本发明提出的具有朗伯特性的漫透射靶结构图；

图3为本发明提出的应用漫反射靶的激光光束诊断系统结构示意图；

图4为本发明提出的应用漫透射靶的激光光束诊断系统结构示意图；

图5为本发明基于激光光束诊断系统的诊断方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出的一种具有朗伯特性的漫射靶，由在基底上结合漫射层构成。根据漫射层及与其结合的基底的不同，所述的漫射靶可分为漫反射靶和漫透射靶。

参见图1，为本发明提出的具有朗伯特性的漫反射靶结构图，漫反射靶1包括漫反射层11和基底12，采用高温喷涂的方式使两者结合在一起，漫反射层为颗粒状材料，其颗粒尺寸与被测激光波长的数量级相同，为了能够测量强激光，漫反射层的颗粒材料的熔点高，其熔点应大于500度，由于入射激光的热量很大，所以要求基底12的导热性能好，能够散热，导热系率在1.0W/cm·deg以上。

参见图2，为本发明提出的具有朗伯特性的漫透射靶结构图，漫透射靶100是由透过率在5-70％之间的基底120上嵌入漫透射层110构成，采用加胶涂敷的方式将漫透射层110嵌设在基底120中靠近表面的一侧，漫透射层110为与激光波长同数量级的颗粒结构，且漫透射层的热膨胀系数小于30 10^-6deg^-1。

漫透射靶一般不用于大能量测量，只用于大光斑测量，因此，基底120的材料无需要求其导热性能和熔点。

图2中的漫透射层110也可以直接处理在基底120上，例如，用对被测激光透明或部分透明的光学材料做磨砂或喷砂或乳化处理。

由于以上所述的漫射靶具有朗伯特性，且能承受大能量的激光入射，所以在诊断激光光束的特性时，应用该漫射靶构成的激光光束诊断系统可很好的解决现有激光光束诊断系统对于大能量、大直径光束所产生的偏差。

根据应用的漫射靶不同，所述的激光光束诊断系统分为应用漫反射靶的激光光束诊断系统和应用漫透射靶的激光光束诊断系统。

参见图3，为应用漫反射靶的激光光束诊断系统结构示意图，该诊断系统包括漫反射靶1、CCD成像模块2，数据采集和处理装置3，漫反射靶1由具有朗伯特性的漫射层11和散热基底12构成，漫反射层11为颗粒状的材料，散热基底12是导热好、熔点高的材料，如金属材料，具有良好的热接触和牢固的机械性能；CCD成像模块2放置在被测激光光束的反射空间中，其包括：成像镜头23和面阵CCD摄像机24，成像镜头23安装在面阵CCD摄像机24的前面，在成像镜头23前依次安装有衰减器组22、滤光片21，衰减器组22用于控制或调整进入CCD摄象机24的激光强度，使CCD工作在其线性动态范围之内；滤光片21用于滤掉被测激光以外的其他杂散光，只允许被测激光进入CCD摄像机24，否则将无法得到被测光束的真实信息。滤光片21接收被测激光光束的漫射光，该漫射光依次经过衰减器组22、成像镜头23，进入面阵CCD摄像机24，面阵CCD摄像机24对该漫射光成像，并把成像的信号输出给数据采集和处理装置3；数据采集和处理装置3包括采集卡31和计算机32，在计算机32中安装有处理软件321，采集卡31将面阵CCD摄像机24发送来的数据处理成计算机32可以接收的数据后发送给计算机32，计算机32中的软件321对该数据进行分析、判断、计算，得到被测激光光束的特性数据，如被测光束的直径、发散角和光束漂移等数据。

由于漫反射靶靶面的漫射特性符合朗伯漫射特性，在漫反射空间任意一个位置进行成像测量都能够得到与入射激光相同的光束特性；而且，由于朗伯漫射的特性，漫反射光的光强与接收位置离漫反射靶距离的平方成反比，根据这一特点还可通过调整CCD成像模块与漫反射靶的距离对CCD成像模块实际接收到的光信号强度进行控制，使CCD成像模块工作在其线性范围之内，从而使CCD成像模块的成像数据能够准确的反映被测光束的特性。

参见图4，为本发明提出的应用漫透射靶的激光光束诊断系统结构示意图；在本实施例中，漫射靶为漫透射靶1’，其中，漫透射靶1’的结构可以有多种，一种为直接在对被测激光透明或部分透明的材料上做喷砂、磨砂或乳化等处理而成；该漫透射靶1’也可以为在透明或部分透明的基底12″上涂敷漫透射颗粒材料，如加胶的玻璃微珠等制成。

在本实施例中，CCD成像模块2’与数据采集和处理装置3’的结构与上述实施例的相同部分的结构相同，且其工作原理、过程相同，要此不再赘述。

由以上实施例可知，漫射靶的结构简单，且由于其符合朗伯特性，所以在漫射空间任意一个位置进行成像测量都能够得到与入射激光相同的光束特性，克服了使用复杂光学装置而带来的测量的光束特性不准确的缺点；由于漫射光的光强与接收位置离漫射靶距离的平方成反比，根据这一特点还可通过调整CCD成像模块与漫射靶的距离对CCD成像模块实际接收到的光信号强度进行控制，所以不受光束直径大小、远场近场、光束的功率大小的限制，解决了现有激光光束诊断系统不能诊断大、特大光束直径、远场或大功率/能量的激光光束特性的问题。

本发明还提出了一种基于漫射成像的激光光束诊断方法，其流程如图5所示：该方法包括：

步骤10：用漫射靶接收被测激光光束，产生漫射光；

步骤20：CCD成像模块接收漫射靶的漫射光后成像，并将成像的数据通过视频线输出到数据采集和处理装置；

步骤30：数据采集和处理装置对该数据进行处理，得到被测激光光束的特性数据。所述的特性数据包括光强分布、光束直径、光束发散角、光束漂移等，软件通过光强分布计算激光的各个特性参数。

在步骤10中，漫射靶产生的漫射光根据使用的漫射靶不同，为由漫反射靶产生的漫反射光或由漫透射靶产生的漫透射光。

为了使CCD成像模块的成像数据能准确反映被测激光光束的特性，在步骤20所述的CCD成像模块接收漫射靶的漫射光成像前，可调整CCD成像模块与漫射靶的距离，使CCD成像模块中的面阵CCD摄像机工作在线性范围内。

步骤30中所述的数据采集和处理装置对该数据进行的处理包括如下两个步骤：

步骤301：采集卡采集CCD成像模块送来的数据，将模拟信号变为计算机可以识别的数字信号，并存储图像信息，通过视频线发送给计算机；

步骤302：计算机中的软件对采集卡发送来的数据进行处理、计算，得到被测激光光束的特性数据。

在本发明中所用的软件与目前的激光光束诊断系统中所用的软件相同，在此不再赘述。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。