CN102183300A - 激光近场分辨率测量用4f光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在激光近场分辨率测量用的4f光学系统，该激光近场分辨率测量用4f光学系统包括对入射光起发散作用的发散元件、对入射光起会聚作用的会聚元件以及探测器；发散元件、会聚元件以及探测器依次设置于同一光轴上。本发明提供了一种测量精度高、结构简单以及使用方便的激光近场分辨率测量用4f光学系统。

Description

激光近场分辨率测量用4f光学系统

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种测量用光学系统，尤其涉及一种在激光近场分辨率测量用的4f光学系统。

背景技术

激光在传输过程中，需要经过多级、多个光学元件的取样、传递、缩束环节，由于这一过程中光学元件自身的缺陷，势必会给激光光束的质量带来影响，这种影响反应到激光光束本身就体现在光束的能量分布发生变化，光束的波前产生畸变，光束在探测器上的调制度和对比度等都会随之产生变化。为了能够对激光光束的各参数进行准确评价，就需要建立精确的光束参数测量装置，以便准确测量参数，反馈给系统作为光束校正的指导。

在众多的参数测量中，对光束近场分辨率的测量是参数测量中的关键测量部分。通常的分辨率测量系统虽然也符合近场物面和近场像面成像这样的物象共轭关系，能够完成近场分辨率测量的要求，但其精度低，系统庞大复杂，使用起来非常不方便。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测量精度高、结构简单以及使用方便的激光近场分辨率测量用4f光学系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特殊之处在于：所述激光近场分辨率测量用4f光学系统包括对入射光起发散作用的发散元件、对入射光起会聚作用的会聚元件以及探测器；所述发散元件、会聚元件以及探测器依次设置于同一光轴上。

上述发散元件是正透镜和/或负透镜所形成的第一透镜单元；所述会聚元件是负透镜和/或正透镜所形成的第二透镜单元。

上述发散元件仅由负透镜或正透镜形成第一透镜单元时，所述第一透镜单元是双凸形透镜、平凸形透镜、弯月形透镜或双凹形透镜。

上述发散元件由负透镜和正透镜所形成的第一透镜单元时，所述第一透镜单元至少包括一个弯月形负透镜以及一个双凸形正透镜；所述弯月形负透镜以及双凸形正透镜依次设置于同一光轴上。

上述会聚元件仅由正透镜或负透镜形成第二透镜单元时，所述第二透镜单元是双凸形透镜、平凸形透镜、弯月形透镜或双凹形透镜。

上述会聚元件由正透镜和负透镜形成第二透镜单元时，所述第二透镜单元至少包括一个双凸形正透镜以及一个弯月形负透镜，所述双凸形正透镜和弯月形负透镜依次设置于同一光轴上。

上述探测器是胶片或者CCD。

本发明的优点是：

本发明提供了一种激光近场分辨率测量用4f光学系统，该系统由看似简单的光学元件搭建了足以能够完成近场分辨率测量的光学系统，该系统的光学元件可以根据实际情况不同组建多种形式，其精度越高，并具有结构简单、使用方便等优点。

附图说明

图1是本发明所提供的激光近场分辨率测量用4f光学系统的结构示意图；

图2是依据本发明所提供系统在分辨率测量光路成像质量图。

其中：1-近场物面，2-第一透镜单元2，3-第二透镜单元3，4-近场像面。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种激光近场分辨率测量用4f光学系统，该包括对入射光起准直作用的准直元件、对入射光起会聚作用的会聚元件以及探测器；准直元件、会聚元件以及探测器依次设置于同一光轴上。准直元件可以是由正透镜和/或负透镜所形成的第一透镜单元2；会聚元件可以是由负透镜和/或正透镜所形成的第二透镜单元3。

当准直元件仅由负透镜或正透镜形成第一透镜单元2时，第一透镜单元2是双凸形透镜、平凸形透镜、弯月形透镜或双凹形透镜。

当准直元件由负透镜和正透镜所形成的第一透镜单元2时，第一透镜单元2至少包括一个弯月形负透镜以及一个双凸形正透镜；弯月形负透镜以及双凸形正透镜依次设置于同一光轴上。

当会聚元件仅由正透镜或负透镜形成第二透镜单元3时，第二透镜单元3是双凸形透镜、平凸形透镜、弯月形透镜或双凹形透镜。

当会聚元件由正透镜和负透镜形成第二透镜单元3时，第二透镜单元3至少包括一个双凸形正透镜以及一个弯月形负透镜，双凸形正透镜和弯月形负透镜依次设置于同一光轴上。

探测器可以可以是胶片或者CCD。

由图1所示，令第一透镜单元2的物方焦距为f1，第一透镜单元2的像方焦距为f1′，第二透镜单元3的物方焦距为f2，第二透镜单元3的像方焦距为f2′。其中从近场物面到第一透镜单元2的物方主点的间距为f1，第一透镜单元2的像方主点和第二透镜单元3的物方主点的间距为f1′+f2，第二透镜单元3的像方主点到近场像面的间距为f2′。也就是近场物面处于第一透镜单元2的物方焦点处，近场像面处于第二透镜单元3的像方焦点处，因此，从近场物面到近场像面的总长度近似为4f(f为对应透镜组的焦距)。

本光学系统能够完成激光近场分辨率测量的原理如下：

近场分辨率测量原理如图1所示，其中物面1和像面4位置为一对共轭位置点，通过第一透镜单元2、第二透镜单元3两组透镜完成对近场物面位置激光光束的高分辨率诊断。近场分辨率测量主要是通过光学成像的手段完成近场物面位置中高频缺陷的光学分辨率测量。

如图1所示，由于近场物面处于第一透镜单元2的一倍焦距位置，光束照亮近场物面后，近场物面上发出的发散光经过第一透镜单元2准直为平行光，平行光入射到第二透镜单元3会聚到第二透镜单元3的一倍焦距位置，即近场像面4位置，从而完成近场物面的高分辨测量。

为了能够精确知道缺陷在光束上具体的位置，就需要对近场物面1位置进行高分辨率的成像，通过近场像面4探测器上图像的缺陷计算出近场物面1光束的缺陷位置，达到近场物面1中高频缺陷测量的目的。因此，此处的近场物面1分辨率越高，其显示细节的能力越强，对激光光束中隐含的高频缺陷就会越准确。近场分辨率测量光路成像质量如图2所示。

近场分辨率测量的信息，最终需要经过数据处理反馈给光束控制系统，对光束进行修正。

本发明在实际使用中只需要将近场测量用4f光学系统的物面1和待测激光近场物面重合，然后在近场测量用4f光学系统的像面4处放置与测量精度相匹配的探测器，即可完成激光近场的测量。光学系统简单实用，操作方便，能完成近场分布测量。

激光近场分辨率测量用4f光学系统由第一透镜单元2和第二透镜单元3两部分组成，其中第一透镜单元2由双凸形正透镜和弯月形负透镜组成，根据系统所要求成像质量的不同，第一透镜单元2可以由1片、2片或者多片正透镜或者负透镜组成，各透镜的形状也可以为双凸形、平凸形、弯月形或者双凹形。第二透镜单元3由弯月形负透镜和双凸形正透镜组成，根据系统所要求成像质量的不同，第二透镜单元3可以由1片、2片或者多片正透镜或者负透镜组成，各透镜的形状也可以为双凸形、平凸形、弯月形或者双凹形。

Claims (7)

1.一种激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述激光近场分辨率测量用4f光学系统包括对入射光起准直作用的准直元件、对入射光起会聚作用的会聚元件以及探测器；所述准直元件、会聚元件以及探测器依次设置于同一光轴上。

2.根据权利要求1所述的激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述准直元件是正透镜和/或负透镜所形成的第一透镜单元；所述会聚元件是负透镜和/或正透镜所形成的第二透镜单元。

3.根据权利要求2所述的激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述准直元件仅由负透镜或正透镜形成第一透镜单元时，所述第一透镜单元是双凸形透镜、平凸形透镜、弯月形透镜或双凹形透镜。

4.根据权利要求2所述的激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述准直元件由负透镜和正透镜所形成的第一透镜单元时，所述第一透镜单元至少包括一个弯月形负透镜以及一个双凸形正透镜；所述弯月形负透镜以及双凸形正透镜依次设置于同一光轴上。

5.根据权利要求2所述的激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述会聚元件仅由正透镜或负透镜形成第二透镜单元时，所述第二透镜单元是双凸形透镜、平凸形透镜、弯月形透镜或双凹形透镜。

6.根据权利要求2所述的激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述会聚元件由正透镜和负透镜形成第二透镜单元时，所述第二透镜单元至少包括一个双凸形正透镜以及一个弯月形负透镜，所述双凸形正透镜和弯月形负透镜依次设置于同一光轴上。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的高功率激光近场分辨率测量用4f光学系统，其特征在于：所述探测器是胶片或者CCD。

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