主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析，通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶贝塞尔(Bessel)光束为例，模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图，并与相应的实验参数(如：最大无衍射距离、中心暗斑直径等)进行比较。实验结果表明，体视显微镜与CCD成像系统的测量结果相吻合，但是体视显微镜测量误差较大会影响测量结果的准确度。

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法，采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法，获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器，实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明：光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s)，系统空间分辨力优于3 mm，测量误差小于3%。(State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi’an 710024, China)Abstract:Key words:

设计并开发了光纤扫描式激光光斑测量仪。光纤探头采用逐行扫描的方式对激光光斑进行扫描, 采集的光信号经能量转换、数据采集, 最终传输到电脑, 再由软件绘制出光斑图像。针对于大口径、脉冲激光光斑的测量提出了一种快速扫描的方案, 并在此基础上计算分析了仪器的测量精度和测量时间这两个重要参数。与CCD摄像法进行了对比实验研究, 结果表明：相对于CCD摄像法会受到接收屏的散射及成像系统误差带来的影响; 此设备采用直接测量的手段, 能够更加准确地获得光斑的实际尺寸以及光斑能量的空间分布。应用该仪器成功地进行了聚焦光束传输质量的测量。

由于四象限探测器具有低噪声、高灵敏度和高带宽的优势,因此被广泛应用于激光光斑跟踪、准直和位置检测等领域。靶面上的光斑尺寸是影响系统性能的重要参数之一。对探测器的光斑位置探测灵敏度指标Sx进行了分析,比较了象限间沟道大小对Sx的影响关系。提出了一种测量光斑半径的方法,该方法利用电控偏转镜扫描探测器靶面,获得位置探测器灵敏度,基于位置探测灵敏度与光斑半径的对应关系,间接测得光斑尺寸。

为定量测量中红外高能激光的总能量和功率密度时空分布, 采用热吸收和光电量热复合相结合的测量方法, 通过热吸收体温度场分布数值计算和探测器结构设计, 研制了可用于长脉冲中红外高能激光测量的光斑探测器。探测器由量热堆、光电量热复合探测阵列、测温单元、数据采集单元和信号处理单元等几部分组成。有效测量面积为12 cm×12 cm, 光斑测量空间分辨率为2.4 cm, 时间分辨率为25 Hz, 总能量测量不确定度小于10%, 功率密度测量不确定度小于7%。实验表明, 该探测器可测量最大能量超过50 kJ的数秒级脉冲中红外激光, 采用该方法, 可实现大面积、高能量和高空间分辨的高能激光光斑测量。

对自聚焦透镜的光斑尺寸和像差特性进行了理论分析.利用自聚焦透镜光斑测量系统对样品的出射光斑进行了扫描,测得了光斑的大小;用读数显微镜和正方形网格图分别测量了样品的球差和畸变,并对光斑的测量作了误差分析,讨论了球差与畸变、光斑和像差之间的关系.所得结果对光斑质量的改善、像差特性的研究和自聚焦透镜的评估有一定的参考价值.

研制成一种集光、机、电、算于一体的智能化的红外成像光斑测试仪.该测试仪以1.064μm的激光光源模拟无穷远的点光源, 利用红外面阵CCD自动寻找测量目标在不同视场角下的最佳像面位置,对同波段红外导引头光学组件的成像光斑进行检测.实时采集的信号通过RS-232串口通讯输入计算机,采用重心法对所采集的光斑信号进行数据处理,分析光源通过被检测系统后,在其焦平面上的成像光斑的质量.所采集到的光斑信号可以三维图形、截面图或数据表的形式进行显示、输出.测试结果表明:系统重复性好(重复性误差小于2%)、可靠性高、自动化程度高.

以扫描探针显微理论为基础,讨论了基于光学纤维探针技术的自聚焦透镜光斑测量方法,介绍了实验系统的构成和测量原理、光学探针的制作和软件控制技术,并且以日本产NSG自聚焦透镜为样品进行了光斑测量和分析.所得结果对于评价自聚焦透镜的成像性能具有重要意义.

测量光电信号与参考光电信号来自同一光电器件,形成一对共轭函数.调整参考光电信号放大器的正电源电平,使之等于测量信号的峰值,此时两函数共轭交点之间的距离即对应于光束的半宽.测量过程中,被测光束能量的缓慢变化并不对结果造成影响,因此稳定性较好,实验重复精度至±2μm.

介绍了提高外场脉冲激光光斑测量距离的两个关键技术:CCD电子快门预测和背景相减技术, 并给出了提高白天外场脉冲激光光斑的测量距离的试验效果,在激光制导**系统和激光告警系统的研制中都有重要的意义.影响白天外场对脉冲激光光斑的测量距离的主要原因是激光光斑被淹没在阳光照射的背景里,不能提取光斑图像.设法让电子快门的触发脉冲在每个激光脉冲到来前的固定时间间隔产生,保证CCD捕捉到光斑的全部能量,从而可以使CCD输出最亮的光斑图像.另一方面,在激光没有照射时,采集一帧图像作为背景, 让激光照到靶板后的图像与背景图像相减,结果只在光斑照到的位置处有不同.在相减后的图像中,使激光光斑突出.试验证明采用本文介绍的技术明显地提高了外场脉冲激光光斑测量距离.