一种侧面泵浦激光器晶体吸收均匀性检测装置及检测方法与流程

本发明涉及激光器检测，特别是涉及一种侧面泵浦激光器晶体吸收均匀性检测装置及检测方法。

背景技术：

1、nd：yag（掺钕钇铝石榴石）晶体兼顾了稀土离子的发光增益特性与石榴石基质的稳定物理性能，是固体激光器中最常用的激光工作物质之一，具有增益高、热导率好、机械强度高等优点。

2、在侧面泵浦固体激光器中，808nm半导体激光从nd：yag晶体的圆柱侧面入射，晶体对泵浦光的吸收均匀性直接影响激光输出的光束质量和功率稳定性，晶体径向、轴向泵浦光吸收均匀，可有效规避局部增益过高或增益缺失的问题，最终输出光斑均匀、模式纯净、衍射极限高的优质激光光束，同时晶体内部热量分布均匀，无局部热点，热透镜效应微弱，激光输出功率、波长、光斑形态可长期保持稳定。

3、目前，检测泵浦吸收均匀性的方法主要有三种：一是使用光谱仪配合扫描平台逐点测量晶体侧面的吸收光谱，该方法设备昂贵（单台光谱仪价格通常在数十万元），检测耗时长达数小时；二是使用红外热像仪直接拍摄晶体侧面温度分布，但nd：yag晶体表面发射率较低，且热像图受环境热辐射干扰大，定量精度不足；三是采用功率计配合小孔光阑多点测量透射光功率，需要拆卸晶体并逐点移动测量，操作繁琐且空间分辨率低。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中存在的现有侧面泵浦激光器晶体对泵浦光的吸收均匀性检测，设备昂贵、操作复杂、无法快速可视化检测的技术问题，本发明提供了一种侧面泵浦激光器晶体吸收均匀性检测装置及检测方法。

2、本发明技术方案如下：

3、本发明提供了一种侧面泵浦激光器晶体吸收均匀性检测装置，包括：

4、暗箱，内部为不透光的检测腔室，

5、晶体夹持机构，设置在暗箱内，用于固定晶体，使得晶体的圆柱侧面作为泵浦接收面；

6、荧光涂层，涂覆于晶体的圆柱侧面，荧光涂层为yag：ce，cr共掺荧光粉与光学透明胶的混合涂层，用于将808nm泵浦光的吸收分布转化为550nm可见荧光分布；

7、808nm半导体泵浦光源，设置在暗箱内，用于从侧面照射晶体的圆柱侧面；

8、ccd相机，设置在暗箱内，与808nm半导体泵浦光源相对分布在晶体夹持机构的两侧，用于采集荧光图像；

9、图像处理单元，与ccd相机电连接，用于将荧光图像划分为若干个等面积子区域，计算各子区域平均灰度值及偏差率，并输出均匀性评估报告。

10、依靠yag：ce，cr共掺荧光涂层实现808nm泵浦光向550nm可见光转换，通过ccd相机直接采集荧光分布图像，以荧光灰度分布直观对应晶体泵浦光吸收分布，无需高价光谱仪、红外热像仪，大幅降低设备购置成本；无需拆卸晶体、无需逐点移动光阑扫描，单次成像即可完成晶体全域数据采集，检测耗时大幅缩短，提升批量检测效率，暗箱隔绝外界杂光、环境热辐射干扰，规避红外热像检测定量精度不足的缺陷，成像灰度值与泵浦吸收强度线性对应，定量计算精准可靠；图像处理单元自动分区、计算灰度偏差并输出标准化评估报告，量化判定晶体泵浦吸收均匀程度，空间分辨率高，完整还原晶体径向、轴向全域吸收分布，精准识别局部增益过高、增益缺失区域，为晶体加工、泵浦光路调试提供量化数据支撑。

11、优选的，荧光涂层的涂覆厚度为0.1-0.3mm，涂覆长度覆盖晶体侧面的全部有效泵浦区域，可充分吸收808nm泵浦光并稳定激发出550nm荧光，涂层过薄会出现激发不足、荧光灰度偏低，涂层过厚会产生荧光自吸收干扰检测精度；涂层完整覆盖晶体全部有效泵浦区域，无检测盲区，完整采集全域泵浦吸收分布。

12、优选的，yag：ce，cr共掺荧光粉与光学透明胶按质量比1:2或1:3混合，荧光粉分散均匀，涂层透光性与荧光转换效率均衡，不会出现局部荧光团聚、透光不均问题，保证荧光灰度与泵浦吸收强度线性对应，检测数据重复性好。

13、优选的，晶体夹持机构包括底座，底座上可拆卸安装有v形槽，v形槽内垫有软质硅胶层， v形槽的两侧螺纹连接有尼龙压紧螺钉，适配圆柱形晶体外形，定位定心精准，软质硅胶层、尼龙压紧螺钉质地柔软，夹持过程不会刮伤晶体外侧荧光涂层与晶体表面，装置通用性强。

14、优选的，ccd相机的镜头与晶体的圆柱侧面之间设有550nm窄带滤光片，滤除808nm泵浦红外光、环境杂散光、晶体自发杂荧光，仅允许转换后的550nm荧光进入ccd相机，消除杂光对图像灰度的干扰，提升成像信噪比与定量计算精度。

15、优选的，图像处理单元包括图像接收模块、区域划分模块、强度计算模块和均匀性评估模块，图像接收模块与ccd相机和区域划分模块电连接，区域划分模块与强度计算模块电连接，区域划分模块和强度计算模块与均匀性评估模块电连接，模块化分层处理逻辑，图像接收模块实时接收ccd原始图像，区域划分模块均等分割成像区域，消除人工分区误差，强度计算模块统一提取各子区域平均灰度，均匀性评估模块完成量化运算，各模块独立运行、数据传输稳定，自动化完成全部分析流程，无需人工手动测算。

16、优选的，均匀性评估模块按公式计算整体均匀度u，其中，为第i个子区域的平均灰度值，为全图平均灰度值，n为子区域总数，统一输出0-100%区间的均匀度数值，直观区分不同晶体吸收均匀等级，数据可直接用于质检标准判定，便于批量产品质量对比与工艺优化溯源。

17、优选的，暗箱的内壁喷涂黑色哑光吸光涂层，暗箱的顶部设有箱门，箱门边缘嵌有橡胶遮光密封条，暗箱的底部四角处分别设有一个调平支脚，黑色哑光吸光涂层吸收箱内反射杂光，杜绝泵浦光、荧光在箱体内多次反射造成成像失真，橡胶遮光密封条封闭箱门缝隙，隔绝外界自然光干扰，调平支脚可调节暗箱水平度，保证晶体、泵浦光源、ccd相机光路同轴，提升成像一致性。

18、优选的，还包括标准参考晶体，标准参考晶体与待检测的nd：yag晶体的材质和尺寸均相同，标准参考晶体的圆柱侧面涂覆有与待检测的nd：yag晶体相同的荧光涂层，检测前使用标准参考晶体校准ccd相机曝光参数，消除光源功率波动、相机成像漂移带来的系统误差，统一检测基准，不同批次晶体检测数据具备横向对比性，检测结果可靠性更高。

19、一种检测方法，包括：

20、s1、将涂覆有荧光涂层的标准参考晶体放置于晶体夹持机构中固定，开启808nm半导体泵浦光源，调节ccd相机曝光参数；

21、s2、将标准参考晶体取出，在晶体夹持机构中放入待检测的nd：yag晶体，保持相同的泵浦功率和ccd曝光参数；

22、s3、ccd相机采集荧光图像并传输至图像处理单元；

23、s4、图像处理单元将荧光图像划分为若干个等面积子区域，计算各子区域平均灰度值及各子区域平均灰度值与全图平均灰度值的偏差率，输出均匀性评估报告。

24、检测流程先基准校准、再样品检测，统一光路与成像参数，消除系统漂移误差，无需逐点扫描成像，单次采集即可完成全域检测，检测步骤简洁、耗时短，自动化分区、灰度计算、均匀度量化输出，减少人工操作带来的人为误差，适配生产线批量晶体快速质检，精准量化评估晶体侧面泵浦光吸收均匀性。

25、通过以上技术方案可以看出，本发明的优点在于：

26、无需光谱仪、热像仪等昂贵设备，仅采用普通ccd相机和荧光涂层即可实现检测，使用成本低，检测时nd：yag晶体无需从激光器中装卸，仅需在圆柱侧面涂覆荧光涂层后置于暗箱中，数分钟内即可完成检测，适用于生产现场和实验室的快速筛查；且检测过程直观可视，808nm泵浦光被nd：yag晶体吸收后，激发荧光涂层发出550nm黄绿色荧光，荧光亮度与泵浦光吸收强度正相关，ccd相机采集的荧光图像可直接显示晶体侧面的吸收分布，不均匀区域一目了然，结果可定量评估，图像处理单元将荧光图像划分为若干个子区域并计算强度偏差率，克服了传统目视观察的主观性，为泵浦源排布优化和晶体质量评估提供客观数据支撑。