采用刀片法對飛秒激光束腰半徑的實(shí)時測量

　　圖3是對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理的程序，圖3(a)圖是前面板，可以看到將光功率求導(dǎo)得到的高斯型分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)得到的擬合結(jié)果中給出了．關(guān)于激光光束束腰半徑的信息。圖中初始值是進(jìn)行Guassian擬合前輸入的估計(jì)數(shù)值，下面是擬合得到的結(jié)果。圖中的橫軸為電動平移臺移動的步數(shù)，縱軸分別為歸一化的光功率和及其一階導(dǎo)數(shù)。圖3(b)圖中顯示的是數(shù)據(jù)處理的結(jié)構(gòu)框圖，顯示的是數(shù)據(jù)的流程圖。將刀片所處位置及其光功率數(shù)據(jù)作為兩列數(shù)值輸出，首先對光功率數(shù)值進(jìn)行歸一化，然后調(diào)用LabVIEW軟件當(dāng)中的求微分模塊進(jìn)行微分，為了更為精確地求出激光的束腰半徑，對微分結(jié)果進(jìn)行線性插值。使用Gaussian型擬合模塊對結(jié)果進(jìn)行擬合，擬合得到的結(jié)果進(jìn)行積分并與實(shí)驗(yàn)測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并分析誤差，殘差保持在0.01以內(nèi)。

　　圖3 (a)使用LabvlEW編程的數(shù)據(jù)自動處理的前面板 (b)結(jié)構(gòu)框圖

　　使用刀片法實(shí)時測量后透鏡焦點(diǎn)附近的激光光束的束腰半徑，得出束腰半徑與透鏡位置的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)j與接近焦點(diǎn)時，束腰半徑逐漸變小，這符合距離焦點(diǎn)越近，束腰半徑越小的原則。但當(dāng)經(jīng)過焦點(diǎn)時由于激光光束的束腰半徑最小，對應(yīng)飛秒激光具有最強(qiáng)的峰值功率，通過計(jì)算其強(qiáng)度約為2.5×1017W/m2，在刀刃表面發(fā)生燒蝕作用，對刃口有了一定的破壞作用。通過這一方法可以簡單測出材料發(fā)生燒蝕的閾值功率，可見使用刀片切割強(qiáng)激光光束測量束腰半徑時，需要適當(dāng)減小飛秒激光的入射功率。

　　圖4 計(jì)算束腰半徑相對于激光傳播距離z的關(guān)系盈(點(diǎn)線為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)線為理論計(jì)算結(jié)果)

　　5 結(jié)論

　　針對經(jīng)過透鏡聚焦后的飛秒脈沖激光，使用LabVIEW編程技術(shù)對激光束腰半徑進(jìn)行了在線實(shí)時地測量和計(jì)算，并闡述了測量過程和誤差分析。使用刀片法測量束腰半徑有幾個優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)激光束腰半徑的自動化在線測量與計(jì)算；(2)使用光電倍增管或硅光二極管等較為便宜的設(shè)備作為光電探測器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；(3)測量其他形狀的脈沖如hat-top，seth2型的激光脈沖，需要改變結(jié)構(gòu)框圖中相應(yīng)的擬合類型即可。飛秒激光聚焦后峰值功率極高，進(jìn)行刀片法實(shí)驗(yàn)時需要適當(dāng)降低激光的入射能量，避免在刀刃表面產(chǎn)生燒蝕作用，影響實(shí)驗(yàn)的精度。