CN102322963A - 一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置 - Google Patents

Abstract

一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，属于自适应光学领域。可用于大功率激光二极管线阵或面阵的波前测量。该装置的支撑平板(5)活动连接在角度测量刻度圆盘(8)中心的柱形凸起上。带小孔a的挡光板(3)安装在沿角度测量刻度圆盘的直径位置上。精密三维调节平台(1)安装在带小孔a的挡光板的前方，激光二极管线阵或面阵(2)安装在精密三维调节平台上。聚焦透镜(4)、带小孔b的挡光板(6)、光电探测器(7)依次固定在支撑平板上。沿激光二极管线阵或面阵的快轴方向和慢轴方向调节精密三维调节平台，即可对整个发光区进行波前测量。该方法装置结构简单，易于装调，可对激光二极管线阵或面阵波前在-80°～80°范围内进行高精度的测量。

Description

一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置

技术领域

本发明属于自适应光学领域。可用于大功率激光二极管线阵或面阵的波前测量。

背景技术

大功率激光二极管线阵或面阵已经发展到一个比较成熟的阶段。它电光转换效率高、线宽窄、性能稳定可靠、体积小、质量轻，并且易调制、容易集成，价格也相对便宜，一直吸引着人们的注意，可广泛应用到半导体激光器泵浦的固体激光器、光纤激光器、材料处理、医疗美容、航空航天、军事等各个领域。但是，由于激光二极管线阵或面阵的特殊结构，使得它输出的光束发散角大，像散严重，且其快慢轴方向上的光束质量也相差很大。激光二极管线阵或面阵的这种输出光束特性也决定必须要对其光束进行整形、聚焦才能够有很好的应用。而激光光束波前也是光束质量的一个评价指标，因此，研究激光二极管线阵或面阵输出光束的波前，准确测量出其波前斜率，进一步进行波前重构是十分有必要的工作，这样才能为下一步设计光束整形系统做好准备。

在自适应光学领域，主要有两种波前探测器。一种是剪切干涉波前探测器，该装置主要利用等光程干涉光学系统，通过测量剪切干涉条纹来达到光束波前检测的目的，参见[中国专利申请号：201010034142.1基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪和中国专利申请号：200710045147.2移相横向剪切干涉仪]。此类方法需要干涉光学系统光路较为复杂，而且采用的参考光波是由待测光波波面变形而得，所以所得到的干涉条纹无法直接反映出待测波面的形状。

另一种是哈特曼-夏克波前探测器，该装置利用微透镜阵列将入射波面分割成许多子波面，通过测量被测波前子孔径光斑的相对偏移量得到局部波前斜率，从而重构出整个光束的波前分布。这类技术参见[中国专利申请号：200410098975.9基于微棱镜阵列的PSD型哈特曼-夏克波前传感器、中国专利申请号：200610011625.3基于微棱镜夏克-哈特曼波前传感器的自适应光学系统、中国专利申请号：200610113551.4一种基于付立叶频谱滤波模块的夏克-哈特曼波前传感器和中国专利申请号：200810119563.7一种自适应光学系统中的夏克-哈特曼波前传感器]。但是此类方法可测量的动态范围往往只有几度，相对于激光二极管线阵或面阵的大发散角而言，显然是很难对其进行波前探测的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题提供一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，实现在-80°～80°范围内对其进行高精度的波前斜率测量。通过波前斜率的测量，最终实现对激光二极管线阵或面阵输出光束进行波前重构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，该波前测量装置包括：精密三维调节平台、激光二极管线阵或面阵、带小孔a的挡光板、聚焦透镜、支撑平板、带小孔b的挡光板、光电探测器、角度测量刻度圆盘。

所述各部分之间的连接：

支撑平板通过其上的孔安装在角度测量刻度圆盘中心的柱形凸起上，其间为间隙配合。

带小孔a的挡光板安装在沿角度测量刻度圆盘的直径位置上，且小孔a在角度测量刻度圆盘上表面的正投影位于其圆心位置。

精密三维调节平台安装在带小孔a的挡光板前方角度测量刻度圆盘的上表面上，其轴线与带小孔a的挡光板垂直，激光二极管线阵或面阵安装在精密三维调节平台上。

激光二极管线阵或面阵位于带小孔a的挡光板前方，激光二极管线阵或面阵的发光面与带小孔a的挡光板前板面的间距为待测波前距离。

聚焦透镜位于带小孔a的挡光板的后方、带小孔b的挡光板位于聚焦透镜的焦点处，光电探测器位于带小孔b的挡光板的后方，均固定在支撑平板上。

小孔a的中心、聚焦透镜的中心、小孔b的中心、光电探测器的探测面中心在一条直线上，且该直线与角度测量刻度圆盘的上表面平行。

激光二极管线阵或面阵发光面的待测发光点和小孔a中心的连线与角度测量刻度圆盘的上表面平行。

所述的带小孔a的挡光板和带小孔b的挡光板中的小孔a和小孔b直径均为100μm～300μm；聚焦透镜与带小孔a的挡光板的后板面的间距为0.5mm～2mm；光电探测器与带小孔b的挡光板后板面的间距为0.5mm～1.5mm。

激光二极管线阵或面阵在精密三维调节平台的调节下，沿其快轴方向和慢轴方向以20～30μm为步长平行移动。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

可在大范围内进行高精度的波前斜率测量，具有明显的简化工艺，降低成本的效果和巨大的经济潜力。首先，透镜、带小孔b的挡光板和光电探测器组成的波前斜率探测器可绕小孔a的中心为圆点，在平行于激光二极管线阵或面阵发光区的平面内共同做圆周转动。由此保证了对经过小孔a的波前区域可测量包括-80°～80°范围，极大的提高了其相对于传统波前探测器的波前斜率测量范围。其次，波前探测器可沿激光二极管线阵或面阵快轴方向和慢轴方向平行移动，从而实现对其整个发光区进行波前测量。本发明仅需要单个透镜和单个光电探测器，制作成本低廉，结构简单。而且整个波前测量的原理和过程都十分简单易行，可以立即得到实际的应用，产生经济效益。

附图说明

图1为激光二极管线阵或面阵的波前测量装置三维示意图。

图2为激光二极管线阵或面阵的波前测量装置主视意图。

图3为图2的A-A剖面图。

图4为图2的B-B剖视图。

图5为支撑平板的主视图。

图中：精密三维调节平台1、激光二极管线阵或面阵2、带小孔a的挡光板3、聚焦透镜4、支撑平板5、带小孔b的挡光板6、光电探测器7、角度测量刻度圆盘8。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

实施方式一

一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，如图1、2、3，该波前测量装置包括：精密三维调节平台1、激光二极管线阵或面阵2、带小孔a的挡光板3、聚焦透镜4、支撑平板5、带小孔b的挡光板6、光电探测器7、角度测量刻度圆盘8。

所述各部分之间的连接：

支撑平板5通过其上的孔c安装在角度测量刻度圆盘8中心的柱形凸起上，其间为间隙配合，支撑平板5可以绕角度测量刻度圆盘8中心的柱形凸起转动如图1、2、3、5。

带小孔a的挡光板3安装在沿角度测量刻度圆盘8的直径位置上，且小孔a在角度测量刻度圆盘8上表面的正投影位于其圆心位置，如图1、2、4。

精密三维调节平台1安装在带小孔a的挡光板3前方角度测量刻度圆盘8的上表面上，其轴线与带小孔a的挡光板3垂直，激光二极管线阵或面阵2安装在精密三维调节平台1上。

激光二极管线阵或面阵2位于带小孔a的挡光板3前方，激光二极管线阵或面阵2的发光面与带小孔a的挡光板3前板面的间距为待测波前距离。

聚焦透镜4位于带小孔a的挡光板3的后方、带小孔b的挡光板6位于聚焦透镜4的焦点处，光电探测器7位于带小孔b的挡光板6的后方，均固定在支撑平板5上。

小孔a的中心、聚焦透镜4的中心、小孔b的中心、光电探测器7的探测面中心在一条直线上，且该直线与角度测量刻度圆盘8的上表面平行。

激光二极管线阵或面阵2发光面的待测发光点和小孔a中心的连线与角度测量刻度圆盘8的上表面平行。

所述的带小孔a的挡光板3和带小孔b的挡光板6中的小孔a和小孔b直径均为100μm；聚焦透镜4与带小孔a的挡光板3的后板面的间距为0.5mm；光电探测器7与带小孔b的挡光板6后板面的间距为0.5mm。

角度测量刻度圆盘8上表面上，设有刻度，精度1秒。支撑平板5的旋转角度可从角度测量刻度圆盘8上测量读出。

调节精密三维调节平台1，使得激光二极管线阵或面阵2沿其快轴方向和慢轴方向以20μm为步长平行移动。

实施方式二

实施方式二与实施方式一的区别：

所述的带小孔a的挡光板3和带小孔b的挡光板6中的小孔a和小孔b直径均为200μm；聚焦透镜4与带小孔a的挡光板3的后板面的间距为1mm；光电探测器7与带小孔b的挡光板6后板面的间距为1mm。

调节精密三维调节平台1，使得激光二极管线阵或面阵2沿其快轴方向和慢轴方向以25μm为步长平行移动。

实施方式三

实施方式三与实施方式一的区别：

所述的带小孔a的挡光板3和带小孔b的挡光板6中的小孔a和小孔b直径均为300μm；聚焦透镜4与带小孔a的挡光板3的后板面的间距为2mm；光电探测器7与带小孔b的挡光板6后板面的间距为1.5mm。

所述的带小孔a的挡光板3和带小孔b的挡光板6中的小孔a和小孔b直径均为100μm～300μm；聚焦透镜4与带小孔a的挡光板3的后板面的间距为0.5mm～2mm；光电探测器7与带小孔b的挡光板6后板面的间距为0.5mm～1.5mm。

调节精密三维调节平台1，使得激光二极管线阵或面阵2沿其快轴方向和慢轴方向以30μm为步长平行移动。

本发明所要求的数值范围不管是取两个端值或两个端值之间任意数值均可实现本发明的目的。

一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置测量待测波前的波前斜率的过程：

激光二极管线阵或面阵2的输出光束经过带小孔a的挡光板(3)的小孔a的波前区域，将被聚焦透镜4聚焦于带小孔b的挡光板6的小孔b的中心位置，被它后面的光电探测器7所接收。

旋转支撑平板5，直到光电探测器7接收到最大光强，这时支撑平板5与小孔a的中轴线的角度即为该点处待测波前的波前斜率。

激光二极管线阵或面阵2在精密三维调节平台1的调节下，沿其快轴方向和慢轴方向以20～30μm为步长平行移动，即可对其整个发光区进行波前测量。

最后通过Shouthwell重构模型，即可得到整个波前相位分布。波前斜率S与波前相位φ的关系为：

$\frac{1}{2}(S_{i+1}^x+S_i^x)=\frac{1}{h}({\mathrm{\φ}}_{i+1}-{\mathrm{\φ}}_i)$

$\frac{1}{2}(S_{j+1}^y+S_j^y)=\frac{1}{h}({\mathrm{\φ}}_{j+1}-{\mathrm{\φ}}_j)$

其中i＝1～(n-1)，j＝1～(m-1)分别表示快轴和慢轴方向第i和第j个离散采样点，相应的快轴和慢轴方向的波前也就被分成了(n-1)和(m-1)个子区间。h是测量移动的步长。

Claims (3)

1.一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，其特征是：

该波前测量装置包括：精密三维调节平台(1)、激光二极管线阵或面阵(2)、带小孔a的挡光板(3)、聚焦透镜(4)、支撑平板(5)、带小孔b的挡光板(6)、光电探测器(7)、角度测量刻度圆盘(8)；所述各部分之间的连接：

支撑平板(5)通过其上的孔(c)安装在角度测量刻度圆盘(8)中心的柱形凸起上，其间为间隙配合；

带小孔a的挡光板(3)安装在沿角度测量刻度圆盘(8)的直径位置上，且小孔a在角度测量刻度圆盘(8)上表面的正投影位于其圆心位置；

精密三维调节平台(1)安装在带小孔a的挡光板(3)前方角度测量刻度圆盘(8)的上表面上，其轴线与带小孔a的挡光板(3)垂直，激光二极管线阵或面阵(2)安装在精密三维调节平台(1)上；

激光二极管线阵或面阵(2)位于带小孔a的挡光板(3)前方，激光二极管线阵或面阵(2)的发光面与带小孔a的挡光板(3)前板面的间距为待测波前距离；

聚焦透镜(4)位于带小孔a的挡光板(3)的后方、带小孔b的挡光板(6)位于聚焦透镜(4)的焦点处，光电探测器(7)位于带小孔b的挡光板(6)的后方，均固定在支撑平板(5)上；

小孔a的中心、聚焦透镜(4)的中心、小孔b的中心、光电探测器(7)的探测面中心在一条直线上，且该直线与角度测量刻度圆盘(8)的上表面平行；

激光二极管线阵或面阵(2)发光面的待测发光点和小孔a中心的连线与角度测量刻度圆盘(8)的上表面平行。

2.根据权利要求1所述的一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，其特征是，所述的带小孔a的挡光板(3)和带小孔b的挡光板(6)中的小孔a和小孔b直径均为100μm～300μm；聚焦透镜(4)与带小孔a的挡光板(3)的后板面的间距为0.5mm～2mm；光电探测器(7)与带小孔b的挡光板(6)后板面的间距为0.5mm～1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种激光二极管线阵或面阵的波前测量装置，其特征是，激光二极管线阵或面阵(2)在精密三维调节平台(1)的调节下，沿其快轴方向和慢轴方向以20～30μm为步长平行移动。

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