4-60  激光远场焦斑测试技术研究

何  凌  陈  波  刘  华  谢旭东  夏彦文  苏春燕  卢宗贵

激光远场分布测量一直存在两方面的困难：一方面是由于波面畸变具有不确定性，使得焦平面位置不易确定；另一方面是焦斑“主瓣”和“旁瓣”光能密度相差悬殊，无如此大动态范围的探测器。此文针对现有的激光远场测试的3种常用方法（长焦距透镜法、列阵相机法、Rattle Pair法）进行了实验研究。首先需要建立一个实验平台，3种激光远场测试方法在相同的测试条件下对激光束的相同位置进行测试，以减少比对误差。光路排布如图1所示。图1中虚线所包围的部分即3种测试方法的光路排布，由这3种方法分别测得的焦斑和焦斑列阵并通过一定的算法重构焦斑，所得结果比对如图2。

长焦距透镜法测量激光远场的优点是像差小，易准直，但CCD的线性动态范围有限，对于中心和边缘部分能量密度相差几个数量级的焦斑难以完整记录焦斑能量分布的具体情况；列阵相机和Rattle Pair这两种远场测量方法的优点体现在测量中心和边缘部分能量密度相差极大的焦斑时，通过空气尖劈分割焦斑，能解决CCD饱和溢出的问题，扩大了系统的纪录动态范围，可以更完整、更真实的记录焦斑能量密度的分布情况，弥补了长焦距透镜法的不足之处，但采用了较多的光学元件，引入的像差较大。

　　在实际测量中发现，透镜的焦深足够大，利用此优点，可以略去找焦面列这一步，即减少一对楔角较大的劈板，再综合减少像差等因素，拟采用一对带微楔角的劈板和长焦透镜系统进行远场成像测量。这样既能大大减小系统的像差，又能保证图像处理的简化，同时也满足测量精度的要求。通过实验研究可知，采用一对劈板加一个长焦距透镜的测试方法运行简单，结果可靠，测得的远场图像以及通过数据处理后得到重构焦斑。