CN102967445A - 偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法，包括固体激光器、聚焦透镜、能量光纤、光纤整形镜片组、分光棱镜、透射平面镜、偏振分光镜、零度滤色片、衰减滤光片、斐索干涉仪和计算机；固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，由能量光纤的传输进入测量室，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面；斐索干涉仪发出的光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜；本发明偏振分光镜热畸变的测量装置具有结构简单，稳定性好和抗干扰能力强的特点，能够在非接触的条件下对激光照射下光学薄膜元件的波前畸变进行测量，并且在连续、单脉冲或重复脉冲激光照射的时候都能进行测量。

Description

偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及偏振分光镜热畸变的测量装置，具体为受高频率固体激光照射后偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法。
背景技术
当强激光束作用于光学系统任一光学薄膜元件表面上时，由于光学元件吸收激光能量，薄膜及基底材料的热传导以及光学元件周围空气介质热对流的共同作用,将使光学元件表面发生热变形，进而使光束通过光学元件传输时波前发生畸变，影响了强激光系统光束输出的质量及其光学系统的稳定性。镀偏振分光膜的偏振分光镜是高功率激光合成和长距离传输系统中的重要光学元件，其在光路中作为透射元件和反射元件同时使用。为了达到减小偏振分光镜的吸收损耗,制备出高质量的偏振分光镜,提高光束质量及其光学系统的稳定性,有必要对在高功率激光照射下偏振分光镜的透射和反射波前热畸变进行深入的研究。
在激光照射下光学薄膜元件热畸变的研究中，许多学者从热传导方程和热弹方程出发，运用有限差分和有限元法获得了光学元件在激光照射情况下温度场和变形场分布的数值结果（刘明强等光学薄膜样品的温度场和形变场分析，物理学报, 2008年,Vol.57），但由于二者没有解析解，限制了在检测技术中的应用。
目前使用的薄膜无损检测技术如光热偏转（PTD）和表面热透镜技术（STL）主要是测量表面变形对应的信号变化，难以获得形变形貌的绝对大小分布。在其它检测方面，人们的注意力主要放在对低功率（几毫瓦）小光斑激光照射下光学薄膜元件损伤形貌的检测用以研究薄膜损伤机理（刘红婕等熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究,物理学报,2010年,Vol.29,No.2）；之前中国科学院上海光学精密机械研究所提出了固体激光器动态热畸变的干涉测量装置（申请号：200610029257，公开号：1888839），但该装置没有考虑激光器运行过程中环境因素对干涉测量精度的影响，仍有不足之处。总之现有技术都未能在实验中根据偏振分光镜的薄膜性质和使用特点测量偏振分光镜的波前热畸变。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法。
本发明的技术方案为：一种偏振分光镜热畸变的测量装置，包括固体激光器、聚焦透镜、能量光纤、光纤整形镜片组、分光棱镜、透射平面镜、偏振分光镜、零度滤色片、衰减滤光片、斐索干涉仪以及与斐索干涉仪相连的计算机。
固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面中心位置；斐索干涉仪发出的He-Ne光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜受激光照射区域，并可通过偏振分光镜到达透射平面镜，其中0<θ<90°。
所述θ为45°。
一种偏振分光镜热畸变的测量方法，包括以下步骤：
ⅰ）搭建光路
按照测量装置安装各元器件，并调整位置关系：使得固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面中心位置；同时使斐索干涉仪发出的He-Ne光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜受激光照射区域，并可通过偏振分光镜到达透射平面镜。
ⅱ）透射空白测量
在光纤整形镜片组前临时放置挡光板，启动斐索干涉仪，使其发出的He-Ne光照射到偏振分光镜上，并经偏振分光镜到达透射平面镜，斐索干涉仪记录偏振分光镜受光照过程中的干涉条纹图样，计算机对图样进行处理。
ⅲ）透射波前热畸变测量
移去挡光板，将固体激光器增加到要求的功率后，对固体激光照射下偏振分光镜的透射波前热畸变进行测量。
ⅳ）反射空白测量
步骤3）完成后，在光纤整形镜片组前临时放置挡光板，移去透射平面镜，进行偏振分光镜的反射空白测量。
ⅴ）反射波前热畸变测量
移去挡光板，一分钟后，进行偏振分光镜反射波前热畸变的测量。
所述θ角为45°。
本发明偏振分光镜热畸变的测量装置具有结构简单，易于搭建，稳定性好和抗干扰能力强的特点，能够在非接触的条件下对激光照射下光学薄膜元件的波前畸变进行测量，并且在连续、单脉冲或重复脉冲激光照射的时候都能进行测量，应用范围广。
附图说明
图1为本发明偏振分光镜热畸变的测量装置的结构示意图。
其中：
    1固体激光器        2聚焦透镜       3能量光纤
    4光纤整形镜片组    5分光棱镜       6透射平面镜
    7偏振分光镜        8零度滤色片     9衰减滤光片
    10斐索干涉仪       11计算机。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法做进一步说明：
如图1所示，一种偏振分光镜热畸变的测量装置，包括设置在测量室外的固体激光器1、聚焦透镜2，设置在测量室内的光纤整形镜片组4、分光棱镜5、透射平面镜6、偏振分光镜7、零度滤色片8、衰减滤光片9、斐索干涉仪10以及与斐索干涉仪10相连的计算机11以及从测量室内延伸到室外的能量光纤3。
固体激光器1发出的激光经聚焦透镜2耦合到能量光纤3，由能量光纤3的传输进入测量室，再经光纤整形镜片组4、分光棱镜5，以θ角照射到偏振分光镜7表面中心位置；斐索干涉仪10发出的He-Ne光经衰减滤光片9、零度滤色片8垂直照射到偏振分光镜7受激光照射区域，并可通过偏振分光镜7到达透射平面镜6，其中0<θ<90°。
θ优选为45°。
偏振分光镜热畸变的测量方法如下：
ⅰ）搭建光路
按照测量装置安装各元器件，并调整位置关系：使得固体激光器1发出的激光经聚焦透镜2耦合到能量光纤3，由能量光纤3的传输进入测量室，再经光纤整形镜片组4、分光棱镜5，以45°角照射到偏振分光镜7表面中心位置；同时使斐索干涉仪10发出的He-Ne光经衰减滤光片9，零度滤色片8垂直照射到偏振分光镜7受激光照射区域，并可通过偏振分光镜7到达透射平面镜6。
ⅱ）透射空白测量
在光纤整形镜片4组前临时放置挡光板，禁止固体激光器1发出的激光照射到偏振分光镜7上，启动斐索干涉仪10，使其发出的He-Ne光照射到偏振分光镜7上，并经偏振分光镜7到达透射平面镜6，斐索干涉仪10记录偏振分光镜7受光照过程中的干涉条纹图样，计算机11对图样进行处理。
ⅲ）透射波前热畸变测量
移去挡光板，将固体激光器1增加到200w后，稳定一分钟，对高功率固体激光照射下偏振分光镜7的透射波前热畸变进行测量。
ⅳ）反射空白测量
步骤3）完成后，在光纤整形镜片组4前临时放置挡光板，移去透射平面镜6，进行偏振分光镜7的反射空白测量。
ⅴ）反射波前热畸变测量
移去挡光板，一分钟后，进行偏振分光镜7反射波前热畸变的测量。
所述固体激光器为波长532nm，重复频率10 kHz高功率固体激光。
本发明偏振分光镜热畸变的测量装置采用干涉法实现了对偏振分光镜透射和反射波前畸变的测量，将带有空气散热装置的高功率固体激光器和干涉仪放置在不同的实验室，减小空气扰动对干涉仪测量精度的影响；采用能量光纤传输高功率（200w及其以上）激光、利用不同倍率的光纤整形镜片组和不同芯径光纤的搭配，可以对不同光斑直径激光照射下的光学元件热畸变进行深入研究；在光路中加入分光棱镜，使激光和光学薄膜元件具有相同的偏振性，从而实现了对偏振薄膜元件热畸变的真实测量；通过简单的改变测试光路，能够实现对光学元件反射和透射波前畸变的同时测量。
本发明偏振分光镜热畸变的测量装置具有结构简单，易于搭建，稳定性好和抗干扰能力强的特点，能够在非接触的条件下对激光照射下光学薄膜元件的波前畸变进行测量，并且在连续、单脉冲或重复脉冲激光照射的时候都能进行测量，应用范围广。

Claims (4)

1.一种偏振分光镜热畸变的测量装置，其特征在于：包括固体激光器、聚焦透镜、能量光纤、光纤整形镜片组、分光棱镜、透射平面镜、偏振分光镜、零度滤色片、衰减滤光片、斐索干涉仪以及与斐索干涉仪相连的计算机；固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面中心位置；斐索干涉仪发出的He-Ne光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜受激光照射区域，并可通过偏振分光镜到达透射平面镜，其中0<θ<90°。
2.根据权利要求1所述的偏振分光镜热畸变的测量装置，其特征在于：所述θ为45°。
3.一种偏振分光镜热畸变的测量方法，包括以下步骤：
ⅰ）搭建光路
按照测量装置安装各元器件，并调整位置关系：使得固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面中心位置；同时使斐索干涉仪发出的He-Ne光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜受激光照射区域，并可通过偏振分光镜到达透射平面镜；
ⅱ）透射空白测量
在光纤整形镜片组前临时放置挡光板，启动斐索干涉仪，使其发出的He-Ne光照射到偏振分光镜上，并经偏振分光镜到达透射平面镜，斐索干涉仪记录偏振分光镜受光照过程中的干涉条纹图样，计算机对图样进行处理；
ⅲ）透射波前热畸变测量
移去挡光板，将固体激光器增加到要求的功率后，对固体激光照射下偏振分光镜的透射波前热畸变进行测量；
ⅳ）反射空白测量
步骤3）完成后，在光纤整形镜片组前临时放置挡光板，移去透射平面镜，进行偏振分光镜的反射空白测量；
ⅴ）反射波前热畸变测量
移去挡光板，一分钟后，进行偏振分光镜反射波前热畸变的测量。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于θ为45°。
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