基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法及系統的製作方法

2023-10-24 20:48:02

專利名稱：基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法及其系 統。
背景技術：
平行光場是光學系統中最基本的一種光場，其強度均勻性(用調製度和對比度表 示)是一項重要指標，尤其對強雷射系統，由於工作在大能量狀態，光場在系統中傳輸時， 若出現調製，局部光場強度增大，將導致光學元件損傷，引起系統破壞或工作失效，因此精 確測量平行光場的強度均勻性、進而對其造成的影響進行評估和預防是高功率雷射系統必 須要解決的問題。一般而言，對光場強度進行測量需要採用光電傳感器，例如CCD等，但是CCD等器 件由於其晶片固有特性及驅動電子學的噪聲影響而存在各像元響應的不一致性及動態範 圍內響應的非線性，表現為面響應的非均勻性，顯然對高精度光場強度測量而言，測量器件 的面響應非均勻性影響強度測量結果，需要予以解決。對於該問題的解決，目前還沒有更好 的方法。

發明內容
本發明為了解決背景技術中所述的平行光場中的面響應的非均勻性導致光場均 勻性差、不穩定的問題，提供了一種基於光場均勻性基準傳遞進行強度高精度測量的方法 及系統。本發明的技術解決方案是本發明是一種基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均 勻性的認定方法，其特殊之處在於該方法包括以下步驟1)校準CCD器件1. 1)採用均方根噪聲小於5個電子的CCD器件，積分球，標定環境為暗室；1. 2) CXD與積分球連接務必使CXD的敏感面和積分球內表面平齊，採用CXD工作 波長的準直雷射作為光源輸入積分球進行標定；1. 3)功率計接在積分球上將功率計探頭接在和CXD接口對稱的位置，在CXD的 線性動態範圍內採集一系列的圖像和光功率值；以整幅圖像灰度的均值互為縱坐標、光功 率值為橫坐標，繪出功率-灰度曲線圖，選取CCD響應線性度好的區間圖像作為進一步處理 的圖像；1.4)CCD圖像異常點剔除根據步驟1.3)繪出的功率-灰度曲線圖，求解標準差 ο，將像元灰度值〉圖像均值灰度互+5σ或像元灰度值<圖像均值灰度互-5σ的像元作為像元的異常點，異常點灰度採用圖像均值灰度互替代；1.5)圖像劃分將步驟1.4)結果圖像採用像元合併的方式劃分為不同的圖像區 域；
1. 6)獲得強度標準塊求解出步驟1. 4)所得的每一個圖像區域的灰度均值瓦，根 據精度需要設定標準塊的強度誤差；2)平行光場強度均勻性認定2. 1)將經過校準的C⑶器件置於平行光場中，使CXD器件可以沿光路方向進行上 下、左右的平移，同時CCD器件可以繞其靶面的法線旋轉；2. 2)對光場中選定區域進行均勻性測量旋轉CCD對光場中選定區域進行多次均 勻性測試，獲取其灰度值，若該灰度值在步驟1.6)步中設定的標準塊的強度誤差範圍內， 則認為該區域的光場是均勻的；2. 3)將C⑶平移其靶面大小的一半距離，選定新的光場區域，重複步驟2. 進行 均勻性認定；2. 4)重複步驟2. 3)使CXD靶面跑遍光場中的所有區域，進行整個光場的均勻性認定。上述步驟1. 1)採用的積分球內表面球面積與接CXD的出口的面積之比大於100倍。上述標準塊的灰度均值瓦是與整幅圖像灰度的均值互之間的強度誤差小於1%。本發明還提供一種基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定系統，其特 殊之處在於該系統包括校準CCD裝置和平行光場強度均勻性的認定裝置，校準CCD裝置包 括積分球、光源輸入積分球進行標定的光源和功率計，CCD與積分球連接，功率計探頭接在 和CCD接口對稱的位置，平行光場強度均勻性的認定裝置包括用於CCD旋轉及平移的機構 和待測平行光場的雷射系統，CCD設置在CCD旋轉及平移的機構上，CCD置於待測平行光場 中。上述CXD與積分球連接時，CXD的敏感面和積分球內表面平齊。上述光源為CXD工作波長的準直雷射器。上述積分球的內表面球面積與接CXD的出口的面積之比大於100倍。本發明具有以下優點1、本發明採用積分球將均勻強度標準傳遞至CCD，解決了均勻強度基準問題；2、本發明採用奇異點剔除、「標準塊」方法進一步降低了 CCD器件電子噪聲的影響， 保證了基準的精度；3、本發明採用旋轉、平移方式實現了小靶面的CCD對大口徑光場均勻性的認定， 提高了解析度；4、本發明採用以上方法認定的光場均勻性誤差是確定的，即選定「標準塊」時設定 的誤差是確定，能夠精確測量平行光場的強度。


圖1是本發明校準CXD裝置的示意圖；圖2是本發明平行光場強度均勻性的認定裝置的示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發明的校準CCD裝置採用大口徑積分球1和功率計2對科學級低噪聲(均方根噪聲小於5個電子)CCD器件3進行校準，其校準步驟如下1. 1)校準時CXD器件3的靶面((XD器件3的敏感面)與積分球1的內表面平齊 (為此，需要去掉CCD器件3的外殼)，該積分球1的內表面球面積與其出口(接CCD)面積 之比大於100倍以上，以保證積分球1出口光強度的均勻性；標定環境為暗室；1. 2)將均勻強度標準源(採用CCD器件3的工作波長的準直雷射，即入射雷射器) 傳遞至CXD器件3，並採用接口在積分球1上、位置與CXD器件3對稱的功率計2對CXD器 件3的線形動態範圍進行標定；1.3)利用功率計2在CCD器件3的線性動態範圍內採集一系列的圖像和光功率 值；以整幅圖像灰度的均值互為縱坐標、光功率值為橫坐標，繪出功率-灰度曲線，選取CCD 響應線性度好的區間圖像作為進一步處理圖像；1.4)C⑶圖像異常點剔除繪出第3)步結果圖像的灰度直方圖(近似為正態分 布)，並求解標準差σ，將像元灰度值> 圖像均值灰度+5 σ或像元灰度值< 圖像均值-5 σ 的像元作為像元的異常點，異常點灰度採用圖像均值灰度替代；1. 5)圖像劃分將第4)步結果圖像採用像元合併的方式劃分為不同的圖像區域， 例如若CXD解析度為IKX 1Κ，採用IOX 10的圖像合併則可將圖像劃分為100Χ 100區域；1. 6)獲得強度「標準塊」 1. 6)獲得強度標準塊求解出步驟1. 4)所得的每一個LT _ TJ圖像區域的灰度均值y根據精度需要設定標準塊的強度誤差，測試精Hi，H度要求高，則強度誤差設置小，反之則反，例如當I互-互,I引起的強度誤差小於時可以認為該圖像區域為「標準塊」，強度「標準塊」是進行平行光場均勻性測量的基準。該附圖中的標記7代表輸入雷射。參見圖2，本發明採用平行光場強度均勻性的認定裝置進行平行光場均勻性認定 該平行光場強度均勻性的認定裝置包括用於CCD旋轉及平移的機構4、5和待檢測的平行光 場的雷射系統6，檢測時將CCD器件3置於待檢測的平行光場6中，其中CCD旋轉及平移的 機構4、5，可採用現有的可控制物件旋轉及平移的機構。平行光場強度均勻性認定步驟如下2. 1)將經過校準的C⑶器件置於平行光場中，C⑶器件可以沿光路方向進行上下、 左右的平移，同時CCD器件可以饒其靶面的法線旋轉；2. 2)對光場中選定區域進行均勻性測量在旋轉CCD的不同旋轉角度下進行多次 均勻性測試，獲取「標準塊」的多組數據(其目的是使「標準塊」跑遍被測區域)；對以上數 據進行判讀，若「標準塊」的灰度值在設定的強度誤差範圍內(步驟1. 6)，則認為光場該區 域是均勻的；2. 3)將C⑶平移其靶面大小的一半距離，選定新的光場區域，重複步驟2. 進行 均勻性認定；2. 4)重複步驟2. 3)使CXD靶面跑遍光場中的所有區域，進行整個光場的均勻性認定。權利要求
1. 一種基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法，其特徵在於該方法 包括以下步驟1)校準CXD器件1. 1)採用均方根噪聲小於5個電子的CCD器件，積分球，標定環境為暗室； 1. 2) CCD與積分球連接務必使CCD的敏感面和積分球內表面平齊，採用CCD工作波長 的準直雷射作為光源輸入積分球進行標定；1. 3)功率計接在積分球上將功率計探頭接在和CCD接口對稱的位置，在CCD的線性 動態範圍內採集一系列的圖像和光功率值；以整幅圖像灰度的均值互為縱坐標、光功率值 為橫坐標，繪出功率-灰度曲線圖，選取CCD響應線性度好的區間圖像作為進一步處理的圖 像；1.4)CCD圖像異常點剔除根據步驟1.3)繪出圖像的灰度直方圖，求解標準差ο，將 像元灰度值〉圖像均值灰度互+5σ或像元灰度值 < 圖像均值灰度互-5σ的像元作為像元響應的異常點，異常點灰度採用圖像均值灰度互替代；1.5)圖像劃分將步驟1. 4)結果圖像採用像元合併的方式劃分為不同的圖像區域； 1.6)獲得強度標準塊求解出步驟1.4)所得的每一個圖像區域的灰度均值瓦，H 一 H根據精度需要設定標準塊的強度誤差二X%，測試精度要求高，則強度誤差設H置小，反之則反，例如可以設定標準塊強度誤差為)；2)平行光場強度均勻性認定2.1)將經過校準的C⑶器件置於平行光場中，使C⑶器件可以沿光路方向進行上下、左 右的平移，同時CCD器件可以繞其靶面的法線旋轉；
2. 2)對光場中選定區域進行均勻性測量旋轉CCD對光場中選定區域進行多次均勻性 測試，獲取其灰度值，若該灰度值在步驟1.6)步中設定的標準塊的強度誤差範圍內，則認 為該區域的光場是均勻的；2. 3)將CCD平移其靶面大小的一半距離，選定新的光場區域，重複步驟2. 2)進行均勻 性認定；2.4)重複步驟2. 3)使C⑶靶面跑遍光場中的所有區域，進行整個光場的均勻性認定。2.根據權利要求1所述基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法，其特 徵在於所述步驟1. 1)採用的積分球內表面球面積與接CCD的出口的面積之比大於100倍。
3.根據權利要求1或2所述基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法， 其特徵在於採用強度標準塊進一步降低CCD像元不一致響應的影響，所述標準塊的灰度 均值瓦是與整幅圖像灰度的均值互之間的強度誤差小於1%。
4.一種基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定系統，其特徵在於該系統 包括校準CCD裝置和平行光場強度均勻性的認定裝置，所述校準CCD裝置包括積分球、光源 輸入積分球進行標定的光源和功率計，所述CCD與積分球連接，所述功率計探頭接在和CCD 接口對稱的位置，所述平行光場強度均勻性的認定裝置包括用於CCD旋轉及平移的機構和 待測平行光場的雷射系統，所述CCD設置在CCD旋轉及平移的機構上，所述CCD置於待測平行光場中。
5.根據權利要求4所述的基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定系統，其 特徵在於所述CCD與積分球連接時，CCD的敏感面和積分球內表面平齊。
6.根據權利要求5所述的基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定系統，其 特徵在於所述光源為CCD工作波長的準直雷射器。
7.根據權利要求4或5或6所述的基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定 系統，其特徵在於所述積分球的內表面球面積與接CCD的出口的面積之比大於100倍。
全文摘要
一種基於光場均勻性傳遞的平行光場強度均勻性的認定方法，該方法包括以下步驟1)校準CCD器件2)平行光場強度均勻性認定。本發明採用積分球將均勻強度標準傳遞至CCD，解決了均勻強度基準問題；本發明採用奇異點剔除、「標準塊」方法進一步降低了CCD器件電子噪聲的影響，保證了基準的精度；本發明採用旋轉、平移方式實現了小靶面的CCD對大口徑光場均勻性的認定，提高了解析度；本發明採用以上方法認定的光場均勻性誤差是確定的，即選定「標準塊」時設定的誤差是確定，能夠精確測量平行光場的強度。
文檔編號G01J1/42GK102042873SQ20091021849
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者劉力, 李東堅, 田新鋒, 達爭尚 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所