激光光斑动态测量方法及测量仪.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102564614A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102564614A(43)申请公布日2012.07.11(21)申请号201010606548.2(22)申请日2010.12.27(71)申请人中国科学院物理研究所地址100190北京市海淀区中关村南三街8号(72)发明人曹强王如泉(74)专利代理机构北京泛华伟业知识产权代理有限公司11280代理人王勇(51)Int.Cl.G01J11/00(2006.01)G01J1/42(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书66页页附图附图11页(54)发明名称激光光斑动态测量方法及测量仪(57)摘要本发明提供激光光斑动态测量方法及测量仪，其中，测量方法包括下列步骤：1)CCD各像素分别探测所接收到的光强；2)将各像素探测到的光强数据记为矩阵I；基于激光光斑光强分布公式，根据实测的光强数据矩阵I及相应各像素的横纵轴坐标值，利用线性最小二乘法得出σx，σy，xc，yc，A和I0；其中，xc与yc分别为光斑中心的横纵轴坐标值，σx与σy分别为横纵轴1/e半径，A为幅度，I0为暗噪声；4)通过牛顿迭代法得出参数向量P(k)的修正向量D，计算P(k+1)＝P(k)+D；5)重复执行步骤4)，直至迭代次数达到预设值K或第k次迭代得出的参数向量P(k)的误差小于预设的容忍值，将此时的参数向量P(k)的各元素作为所测得的激光光束参数。本发明还提供了相应的激光光斑动态测量仪。本发明测量速度快、精度高、动态范围大。CN102564ACN102564614A权利要求书1/2页1.一种激光光斑动态测量方法，包括下列步骤：1)将激光光束照射到CCD上，CCD各像素分别探测所接收到的光强；2)将CCD各像素探测到的光强数据记为矩阵I；基于激光光斑光强分布公式根据实测的光强数据矩阵I及相应各像素的横纵轴坐标值，利用线性最小二乘法得出σx，σy，xc，yc，A和I0；激光光斑光强分布公式中，I为激光光斑光强变量，x与y为光斑的横纵轴坐标变量，xc与yc分别为光斑中心的横纵轴坐标值，σx与σy分别为横纵轴1/e半径，A为幅度，I0为暗噪声；3)将步骤2)得出的σx，σy，xc，yc，A，I0分别记为σx(0)，σy(0)，xc(0)，yc(0)，A(0)，I0(0)；令参数向量4)通过牛顿迭代法得出参数向量P(k)的修正向量D，计算P(k+1)＝P(k)+D；5)重复执行步骤4)，直至迭代次数达到预设值K或第k次迭代得出的参数向量P(k)的误差小于预设的容忍值，将此时的参数向量P(k)的各元素作为所测得的激光光束参数，从而得出激光光束的模式。2.根据权利要求1所述的激光光斑动态测量方法，其特征在于，所述步骤2)包括下列子步骤：21)将光强矩阵I中的各个元素依次记为Ii，将Ii所对应的CCD像素的横坐标记为xi，将Ii所对应的CCD像素的纵坐标记为yi，其中i＝1，2，3，...，N-1，N；N为光强矩阵I的总元素个数；22)令根据公式B＝(STS)-1STC，计算出B；23)计算其中，xc与yc分别为光斑中心的横纵轴坐标值，σx与σy分别为横纵轴1/e半径；24)根据激光光斑光强分布公式，进一步计算出I0；I0为暗噪声，x与y是像素的横、纵2CN102564614A权利要求书2/2页坐标。3.根据权利要求1所述的激光光斑动态测量方法，步骤4)包括下列子步骤：41)根据P(k)计算P(k，j)，P(k，j)是在P(k)的基础上，用tj(k)+δp替换tj(k)后形成的新的参数向量，j为1到6的整数；其中，δp为预先设定用于进行参数修正的小量；42)计算梯度矩阵Gd，Gd(i，j)为梯度矩阵Gd中第i行第j列的元素，其中i是对应于CCD各像素的编号；光强矩阵I中的各个元素依次记为Ii，将Ii所对应的CCD像素的横纵坐标分别记为xi、yi；I(xi，yi，P(k))为基于激光光斑光强分布公式，利用参数向量P(k)计算出的坐标(xi、yi)处的光强；I(xi，yi，P(k，j))为基于激光光斑光强分布公式，利用参数向量P(k，j)计算出的坐标(xi、yi)处的光强；计算梯度从而得出梯度矩阵Gd；T-1T43)计算D＝(GdGd)Gd(I拟-I实)，其中I实为CCD各像素实际测得的N个光强值所组成的N维列向量，I拟为N个拟合值I(xi，yi，P(k))所组成的N维列向量；44)P(k+1)＝P(k)+D。4.根据权利要求1所述的激光光斑动态测量方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述激光光束经过多重衰减片衰减后再照射到CCD上。3CN102564614A说明书1/6页激光光斑动态测量方法及测量仪技术领域[0001]本发明涉及激光光束诊断技术领域，具体地说