漫射靶及應用該漫射靶的雷射光束診斷系統及其診斷方法
2024-01-28 23:56:15
專利名稱：漫射靶及應用該漫射靶的雷射光束診斷系統及其診斷方法
技術領域：
本發明涉及一種漫射靶及應用該漫射靶的雷射光束診斷系統及其診斷方法，尤其是一種利用漫射靶的漫射光成像進行診斷的雷射光束診斷系統及其診斷方法，屬於信息科學技術領域。
背景技術：
現有的雷射光束診斷系統一般包括一個特定的光學裝置，用於將被測雷射光束的直徑縮小到小於CCD靶面的尺寸，此外還包括CCD成像器件、數據採集和處理裝置，所述的特定光學裝置可以將被測雷射光束的直徑縮小到小於CCD靶面的尺寸，再用CCD成像器件對其進行接收和測量，測量的結果輸出到數據採集和處理裝置，由數據採集和處理裝置對CCD成像器件測量得到的信號進行採集、處理，從而得到被測雷射光束的特性。這種雷射光束診斷系統所採用的光學裝置結構複雜，極易產生附加光束畸變；而且，隨著被測雷射光束功率/能量越大，產生的畸變也越大，這使得最後得到的雷射光束特性與實際的特性偏差很大。因此，現有的雷射光束診斷系統僅適合於功率/能量較小、直徑較小或近場光束的診斷，不適合大光束直徑、特大光束直徑、遠場或大功率/能量的光束診斷。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提出一具有朗伯特性的漫射靶，使該漫射靶產生的漫射光具有與入射光相同的特性。
本發明的另一目的在於針對現有技術的不足，提出一種應用上述漫射靶的雷射光束診斷系統，避免因使用結構複雜的特定光學裝置而使被測雷射光束產生的附加光束畸變，能準確得出被測雷射的特性，且被測雷射光束不受功率/能量、直徑、遠場/近場的限制。
本發明的又一目的在於針對現有技術的不足，提出一種基於應用漫射靶的雷射光束診斷系統的診斷方法，準確的診斷出被測雷射光束的特性，特別是大功率/能量、大/特大直徑、遠場的雷射光束的特性測量。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種具有朗伯特性的漫射靶，由在基底上結合漫射層構成。為了使漫射靶具有朗伯特性，其漫射層由顆粒狀材料製成，顆粒的尺寸與被測雷射的波長同數量級，當入射光照射在漫射層時，在漫射靶的外部空間形成與入射光特性相同的漫射光區。根據漫射層及與其結合的基底的不同，所述的漫射靶可分為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結合漫反射層構成，與其結合的基底由不透明的材料製成，當功率很大的入射光照射在基底表面的漫射反層時，會產生大量的熱，這就要求漫射反層材料的顆粒熔點高，其熔點在500℃以上，基底的散熱效果好，其導熱系率在1.0W/cm·deg以上。當入射光照射在漫射反層時，在光源的同側形成與入射光特性相同的漫反射光區。
所述的漫透射靶由漫透射層和基底組成，與其結合的基底由具有透明度的材料製成，當入射光照射在漫透射層時，入射光透過漫透射層和基底在光源的異側形成與入射光特性相同的漫透射光區。
所述漫透射靶的漫透射層是在具有透明度的材料上通過磨砂、噴砂或乳化直接加工而成，當入射光照射在漫透射層時，入射光透過加工層和基底在光源的異側形成與入射光特性相同的漫透射光區。
其中，基底的透過率在5-70％之間，也就是說，基底的透明度是可變的，根據入射光的具體特性，採用不同的透明度的基底。
漫透射層的熱膨脹係數小於30 10-6deg-1。
一種雷射光束診斷系統，包括具有朗伯特性的漫射靶、CCD成像模塊、數據採集和處理裝置；漫射靶對被測雷射光束漫射，產生漫射光，在漫射靶的外部空間形成漫射光區，CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光後成像，並將成像的數據輸出到數據採集和處理裝置，數據採集和處理裝置對該數據進行處理，得到被測雷射光束的特性數據。
所述的漫射靶可以是上述漫射靶中的任意一種，當漫射靶是在非透明的基底上給合漫反射層構成的漫反射靶時，位於基底一側表面的漫反射層與被測雷射光源相對，用於反射被測雷射光源發出的光束。
當漫射靶是將對被測光束透明或部分透明的透射板直接處理成具有朗伯特性的透射板時，該透射板的透明部分與被測雷射光源相對，透射被測雷射光束。
當漫射靶是在透明的基底上嵌入透射層構成的漫透射靶時，透射層嵌設在基底中的遠離雷射光束輸入的一側，透射被測雷射光束。
所述的CCD成像模塊包括成像鏡頭和面陣CCD攝像機，成像鏡頭安裝在面陣CCD攝像機的前面，在成像鏡頭前依次安裝有衰減器組、濾光片，濾光片接收漫射光，經過濾光片的漫射光依次經過衰減器組、成像鏡頭，進入面陣CCD攝像機，面陣CCD攝像機對該漫射光成像，並把成像的信號輸出給數據採集和處理裝置。其中，所述的衰減器組由一片以上倍率不同的中性衰減片組成。
所述的CCD成像模塊與漫射靶的距離為使漫射靶在CCD攝像機的視場範圍之內。
所述的數據採集和處理裝置包括圖像採集卡和安裝有處理模塊的計算機，採集卡接收CCD成像模塊的輸出信號，並將該信號處理成計算機可以接收的數據發送給計算機，計算機上的處理模塊對接收到的信號進行判斷、分析、計算，得出被測光束的特性數據。
一種雷射光束診斷方法，包括如下步驟步驟一用漫射靶接收被測雷射光束，產生漫射光；
步驟二CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光後成像，並將成像的數據輸出到數據採集和處理裝置；步驟三數據採集和處理裝置對該數據進行處理，得到被測雷射光束的特性數據。
步驟一中漫射靶產生的漫射光為由漫反射靶產生的漫反射光或由漫透射靶產生的漫透射光。
在所述的步驟二之前還包括調整CCD成像模塊與漫射靶的距離，使CCD成像模塊中的面陣CCD攝像機工作在線性範圍內。
所述的步驟三中數據採集和處理裝置對CCD成像模塊送來的數據進行的處理包括採集卡採集CCD成像模塊送來的數據，並將其轉換成計算機可以接收的數據，通過數據線發送給計算機；計算機中的軟體對採集卡發送來的數據進行處理、計算，得到被測雷射光束的特性數據。
綜上所述，具有朗伯特性的漫射靶對入射雷射光束產生的漫射光具有與入射光束相同的特性，且製成漫射靶的材料使漫射靶能夠承受遠場、大能量/功率的雷射。應用該漫射靶的雷射光束診斷系統不但結構簡單，而且診斷精確，不存在由於光學系統複雜帶來的光束畸變問題，且被測雷射光束不受功率/能量、直徑、遠場/近場的限制；基於應用該漫射靶的雷射光束診斷系統的診斷方法簡單，易操作，診斷準確，特別適合於直徑或特大直徑的雷射光束的診斷，解決了現有雷射光束診斷系統不能診斷遠場、大直徑或特大直徑的雷射光束的問題。
圖1為本發明提出的具有朗伯特性的漫反射靶結構圖；圖2為本發明提出的具有朗伯特性的漫透射靶結構圖；圖3為本發明提出的應用漫反射靶的雷射光束診斷系統結構示意圖；圖4為本發明提出的應用漫透射靶的雷射光束診斷系統結構示意圖；
圖5為本發明基於雷射光束診斷系統的診斷方法的流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
本發明提出的一種具有朗伯特性的漫射靶，由在基底上結合漫射層構成。根據漫射層及與其結合的基底的不同，所述的漫射靶可分為漫反射靶和漫透射靶。
參見圖1，為本發明提出的具有朗伯特性的漫反射靶結構圖，漫反射靶1包括漫反射層11和基底12，採用高溫噴塗的方式使兩者結合在一起，漫反射層為顆粒狀材料，其顆粒尺寸與被測雷射波長的數量級相同，為了能夠測量強雷射，漫反射層的顆粒材料的熔點高，其熔點應大於500度，由於入射雷射的熱量很大，所以要求基底12的導熱性能好，能夠散熱，導熱系率在1.0W/cm·deg以上。
參見圖2，為本發明提出的具有朗伯特性的漫透射靶結構圖，漫透射靶100是由透過率在5-70％之間的基底120上嵌入漫透射層110構成，採用加膠塗敷的方式將漫透射層110嵌設在基底120中靠近表面的一側，漫透射層110為與雷射波長同數量級的顆粒結構，且漫透射層的熱膨脹係數小於30 10-6deg-1。
漫透射靶一般不用於大能量測量，只用於大光斑測量，因此，基底120的材料無需要求其導熱性能和熔點。
圖2中的漫透射層110也可以直接處理在基底120上，例如，用對被測雷射透明或部分透明的光學材料做磨砂或噴砂或乳化處理。
由於以上所述的漫射靶具有朗伯特性，且能承受大能量的雷射入射，所以在診斷雷射光束的特性時，應用該漫射靶構成的雷射光束診斷系統可很好的解決現有雷射光束診斷系統對於大能量、大直徑光束所產生的偏差。
根據應用的漫射靶不同，所述的雷射光束診斷系統分為應用漫反射靶的雷射光束診斷系統和應用漫透射靶的雷射光束診斷系統。
參見圖3，為應用漫反射靶的雷射光束診斷系統結構示意圖，該診斷系統包括漫反射靶1、CCD成像模塊2，數據採集和處理裝置3，漫反射靶1由具有朗伯特性的漫射層11和散熱基底12構成，漫反射層11為顆粒狀的材料，散熱基底12是導熱好、熔點高的材料，如金屬材料，具有良好的熱接觸和牢固的機械性能；CCD成像模塊2放置在被測雷射光束的反射空間中，其包括成像鏡頭23和面陣CCD攝像機24，成像鏡頭23安裝在面陣CCD攝像機24的前面，在成像鏡頭23前依次安裝有衰減器組22、濾光片21，衰減器組22用於控制或調整進入CCD攝象機24的雷射強度，使CCD工作在其線性動態範圍之內；濾光片21用於濾掉被測雷射以外的其他雜散光，只允許被測雷射進入CCD攝像機24，否則將無法得到被測光束的真實信息。濾光片21接收被測雷射光束的漫射光，該漫射光依次經過衰減器組22、成像鏡頭23，進入面陣CCD攝像機24，面陣CCD攝像機24對該漫射光成像，並把成像的信號輸出給數據採集和處理裝置3；數據採集和處理裝置3包括採集卡31和計算機32，在計算機32中安裝有處理軟體321，採集卡31將面陣CCD攝像機24發送來的數據處理成計算機32可以接收的數據後發送給計算機32，計算機32中的軟體321對該數據進行分析、判斷、計算，得到被測雷射光束的特性數據，如被測光束的直徑、發散角和光束漂移等數據。
由於漫反射靶靶面的漫射特性符合朗伯漫射特性，在漫反射空間任意一個位置進行成像測量都能夠得到與入射雷射相同的光束特性；而且，由於朗伯漫射的特性，漫反射光的光強與接收位置離漫反射靶距離的平方成反比，根據這一特點還可通過調整CCD成像模塊與漫反射靶的距離對CCD成像模塊實際接收到的光信號強度進行控制，使CCD成像模塊工作在其線性範圍之內，從而使CCD成像模塊的成像數據能夠準確的反映被測光束的特性。
參見圖4，為本發明提出的應用漫透射靶的雷射光束診斷系統結構示意圖；在本實施例中，漫射靶為漫透射靶1』，其中，漫透射靶1』的結構可以有多種，一種為直接在對被測雷射透明或部分透明的材料上做噴砂、磨砂或乳化等處理而成；該漫透射靶1』也可以為在透明或部分透明的基底12″上塗敷漫透射顆粒材料，如加膠的玻璃微珠等製成。
在本實施例中，CCD成像模塊2』與數據採集和處理裝置3』的結構與上述實施例的相同部分的結構相同，且其工作原理、過程相同，要此不再贅述。
由以上實施例可知，漫射靶的結構簡單，且由於其符合朗伯特性，所以在漫射空間任意一個位置進行成像測量都能夠得到與入射雷射相同的光束特性，克服了使用複雜光學裝置而帶來的測量的光束特性不準確的缺點；由於漫射光的光強與接收位置離漫射靶距離的平方成反比，根據這一特點還可通過調整CCD成像模塊與漫射靶的距離對CCD成像模塊實際接收到的光信號強度進行控制，所以不受光束直徑大小、遠場近場、光束的功率大小的限制，解決了現有雷射光束診斷系統不能診斷大、特大光束直徑、遠場或大功率/能量的雷射光束特性的問題。
本發明還提出了一種基於漫射成像的雷射光束診斷方法，其流程如圖5所示該方法包括步驟10用漫射靶接收被測雷射光束，產生漫射光；步驟20CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光後成像，並將成像的數據通過視頻線輸出到數據採集和處理裝置；步驟30數據採集和處理裝置對該數據進行處理，得到被測雷射光束的特性數據。所述的特性數據包括光強分布、光束直徑、光束髮散角、光束漂移等，軟體通過光強分布計算雷射的各個特性參數。
在步驟10中，漫射靶產生的漫射光根據使用的漫射靶不同，為由漫反射靶產生的漫反射光或由漫透射靶產生的漫透射光。
為了使CCD成像模塊的成像數據能準確反映被測雷射光束的特性，在步驟20所述的CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光成像前，可調整CCD成像模塊與漫射靶的距離，使CCD成像模塊中的面陣CCD攝像機工作在線性範圍內。
步驟30中所述的數據採集和處理裝置對該數據進行的處理包括如下兩個步驟步驟301採集卡採集CCD成像模塊送來的數據，將模擬信號變為計算機可以識別的數位訊號，並存儲圖像信息，通過視頻線發送給計算機；步驟302計算機中的軟體對採集卡發送來的數據進行處理、計算，得到被測雷射光束的特性數據。
在本發明中所用的軟體與目前的雷射光束診斷系統中所用的軟體相同，在此不再贅述。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種漫射靶，其特徵在於包括基底和設置在基底表面或內部的漫射層，所述的漫射層由顆粒狀材料製成，顆粒的尺寸與被測雷射的波長同數量級，當入射光照射在漫射層時，在漫射靶的外部空間形成與入射光特性相同的漫射光區。
2.根據權利要求1所述的具有朗伯特性的漫射靶，其特徵在於所述漫射層為漫反射層，其顆粒材料的熔點在500℃以上。
3.根據權利要求2所述的漫射靶，其特徵在於所述基底的導熱系率在1.0W/cm·deg以上。
4.根據權利要求1所述的漫射靶，其特徵在於所述漫射層為漫透射層，與其結合的基底由具有透明度的材料製成，當入射光照射在漫透射層時，在光源的異側形成與入射光特性相同的漫透射光區。
5.根據權利要求1所述的漫射靶，其特徵在於所述的漫射層為漫透射層，其是在具有透明度的材料上通過磨砂、噴砂或乳化直接加工而成，當入射光照射在漫透射層時，在光源的異側形成與入射光特性相同的漫透射光區。
6.根據權利要求4或5所述的漫射靶，其特徵在於所述漫透射層的熱膨脹係數應小於30 10-6deg-1。
7.根據權利要求4或5所述的漫射靶，其特徵在於所述基底的透過率為5-70％。
8.一種雷射光束診斷系統，包括CCD成像模塊、數據採集和處理裝置；其特徵在於還包括權利要求1-7任一所述的具有朗伯特性的漫射靶，漫射靶對被測雷射光束漫射，產生漫射光，在漫射靶的外部空間形成漫射光區，位於漫射光區的CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光後成像，並將成像的數據輸出到數據採集和處理裝置，數據採集和處理裝置對該數據進行處理，得到被測雷射光束的特性數據。
9.根據權利要求8所述的雷射光束診斷系統，其特徵在於所述的CCD成像模塊包括成像鏡頭和面陣CCD攝像機，成像鏡頭安裝在面陣CCD攝像機的前面，在成像鏡頭前依次安裝有衰減器組、濾光片，濾光片接收漫射光，經過濾光片的漫射光依次經過衰減器組、成像鏡頭，進入面陣CCD攝像機，面陣CCD攝像機對該漫射光成像，並把成像的信號輸出給數據採集和處理裝置。
10.根據權利要求9所述的雷射光束診斷系統，其特徵在於所述的衰減器組由一片以上倍率不同的中性衰減片組成。
11.根據權利要求9或10所述的雷射光束診斷系統，其特徵在於所述位於漫射光區的CCD成像模塊與漫射靶的距離為使漫射靶在CCD攝像機的視場範圍之內。
12.根據權利要求8-10任一所述的雷射光束診斷系統，其特徵在於所述的數據採集和處理裝置包括圖像採集卡和安裝有處理軟體的計算機，採集卡接收CCD成像模塊的輸出信號，並將該信號處理成計算機可以接收的數據發送給計算機，計算機中的處理軟體對接收到的信號進行判斷、分析、計算，得出被測光束的特性數據。
13.一種雷射光束診斷方法，其特徵在於權利要求8-12任一所述的雷射光束診斷系統對被測雷射進行診斷，包括如下步驟步驟一雷射光源發出的雷射光束照射在漫射靶上，漫射靶漫射被測雷射光束，產生漫射光，在漫射靶的外部空間形成漫射光區；步驟二CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光後成像，並將成像的數據輸出到數據採集和處理裝置；步驟三數據採集和處理裝置對該數據進行處理，得到被測雷射光束的特性數據。
14.根據權利要求13所述的雷射光束診斷方法，其特徵在於所述步驟一中漫射靶產生的漫射光為由漫反射靶產生的漫反射光或由漫透射靶產生的漫透射光。
15.根據權利要求13所述的雷射光束診斷方法，其特徵在於在所述的步驟二之前還包括使CCD成像模塊位於漫射區，調整其與漫射靶的距離，使CCD成像模塊中的面陣CCD攝像機工作在線性範圍內。
16.根據權利要求13所述的雷射光束診斷方法，其特徵在於所述的步驟三中數據採集和處理裝置對CCD成像模塊送來的數據進行的處理包括採集卡採集CCD成像模塊送來的數據，並將其轉換成計算機可以接收的數據，通過數據線發送給計算機；計算機中的軟體對採集卡發送來的數據進行處理、計算，得到被測雷射光束的特性數據。
全文摘要
本發明公開了一種漫射靶及應用該漫射靶的雷射光束診斷系統及其診斷方法，漫射靶包括基底和設置在基底的表面或內部的漫射層；應用該漫射靶的雷射光束診斷系統包括具有朗伯特性的漫射靶、CCD成像模塊、數據採集和處理裝置，其中，漫射靶為漫反射靶或漫透射靶；所述的診斷方法為具有朗伯特性的漫射靶漫射被測雷射光束，並產生漫射光，CCD成像模塊接收漫射靶的漫射光後成像，並將成像的數據輸出到數據採集和處理裝置，數據採集和處理裝置對該數據進行處理，得到被測雷射光束的特性數據。本發明診斷精確，不存在由於光學系統複雜帶來的光束畸變問題，且被測雷射光束不受功率/能量、直徑、遠場/近場的限制，特別適合於大直徑或特大直徑的雷射光束的診斷。
文檔編號H04N5/225GK1621865SQ200310115298
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月27日 優先權日2003年11月27日
發明者陸耀東, 王昊, 史紅民 申請人:北京光電技術研究所