CN104296675B - 光学薄膜元件热变形的检测光路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光学薄膜元件热变形的检测光路，包括由固体激光器形成的辐照光路和由固He‑Ne激光器形成的入射光路，He‑Ne激光器起由近至远分别设置有准直透镜、扩束透镜、光学窗口和第二导光反射镜，倾斜的第二导光反射镜通过与其平行的第一导光反射镜将光束传输到由相互平行反射腔镜和光斑腔镜形成的光腔中；固体激光器起由近至远分别设置有耦合聚焦镜片组，能量光纤和整形镜片组，经过整形镜片组的光束倾斜入射到光学窗口中。本发明低功率光路和高功率光路相互独立，避免了辐照光路对入射光路的交互影响，本发明适用范围广，可以实现对各类光学薄膜元件和光学基底热变形对光束的调制检测。
Description
技术领域
本发明属于一种检测光路，具体涉及一种光学薄膜元件热变形对对光束传输性能影响的检测光路。
背景技术
光学薄膜元件是激光器及其相关光学传输系统中使用最多，也是重要的元件之一，当强激光束作用在光学薄膜元件表面时，无论是镀增透膜的透射式元件还是镀反射膜的反射式元件，由于光学薄膜元件吸收激光能量，光学元件表面发生变形。对于功率较低的光束还不明显，而高功率激光会导致光学元件急剧温升，引起较大变形。光学元件变形引起波前畸变,使得光束发散角变化，光斑中心漂移，导致激光器和光学系统的最终输出光束质量下降和传输特性的改变。随着激光器输出功率的增加，光学薄膜元件热变形对高能激光系统输出光束质量的影响将更加显著,已经成为系统设计中必需重视的问题之一。因此研究高功率激光辐照下光学薄膜元件的热变形对光束传输性能的影响可以为高能激光系统的优化设计和自适应光学系统校正范围指标的制定提供重要的参考。
在光学薄膜元件热变形对光束传输特性影响的研究中，许多学者使用有限元法计算激光辐照下光学元件表面温升和面形随时间变化的特性，使用Zernike多项式对镜面面形进行曲面拟合，使用光线追迹的方法计算波前分布PV值、Strehl比等随时间变化的特性。刘文广等.非均匀激光辐照下硅镜热变形对光束传输特性的影响.强激光与粒子束，2008年，Vol.20,No.10。但上述理论缺乏实验验证。在实验研究方面，有学者通过自行搭建的光路对光学窗口热效应引起的光束质量退化在实验中得到了验证。郭麓等.窗口效应对高能激光光束质量影响的实验研究.红外与激光工程，2003年，Vol.32，No.2。但上述光路只能实现窗口变形对近场光束质量影响的验证，不能检测光束传输不同距离处的调制光斑，同时该光路只针对光学窗口的验证，不能应用到其他光学薄膜元件热变形对光束调制作用的检测。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供对光学薄膜元件热变形对光束远场调制影响的检测光路。
本发明的技术方案是：一种光学薄膜元件热变形的检测光路，包括由固体激光器形成的辐照光路和由固He-Ne激光器形成的入射光路，He-Ne激光器起由近至远分别设置有准直透镜、扩束透镜、光学窗口和第二导光反射镜，倾斜的第二导光反射镜通过与其平行的第一导光反射镜将光束传输到由相互平行反射腔镜和光斑腔镜形成的光腔中；固体激光器起由近至远分别设置有耦合聚焦镜片组，能量光纤和整形镜片组，经过整形镜片组的光束倾斜入射到光学窗口中。
经过整形镜片组的光束倾斜入射到光学窗口的入射角小于10°。
准直透镜和扩束透镜的间距为两透镜焦距之和。
本发明低功率光路和高功率光路相互独立，避免了辐照光路对入射光路的交互影响，本发明中照射到待测薄膜元件表面的光斑大小可调，由两片腔镜组成的光腔系统，通过反射次数和腔镜距离的调节，可以观测不同传输距离处的调制光斑，因此本发明适用范围广，可以实现对各类光学薄膜元件和光学基底热变形对光束的调制检测。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图；
图2 是热变形前光斑腔镜的光斑示意图；
图3 是热变形后光斑腔镜的光斑示意图。
其中：
1 固体激光器 2 耦合聚焦镜片组
3 能量光纤 4 整形镜片组
5 反射腔镜 6 光斑腔镜
7 第一导光反射镜 8 第二导光反射镜
9 光学窗口 10 扩束透镜
11 准直透镜 12 He-Ne激光器。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，光学薄膜元件热变形的检测光路，包括由固体激光器1形成的辐照光路和由固He-Ne激光器12形成的入射光路，He-Ne激光器12起由近至远分别设置有准直透镜11、扩束透镜10、光学窗口9和第二导光反射镜8，倾斜的第二导光反射镜8通过与其平行的第一导光反射镜7将光束传输到由相互平行反射腔镜5和光斑腔镜6形成的光腔中；固体激光器1起由近至远分别设置有耦合聚焦镜片组2，能量光纤3和整形镜片组4，经过整形镜片组4的光束倾斜入射到光学窗口9中。
经过整形镜片组4的光束倾斜入射到光学窗口9的入射角小于10°。
准直透镜11和扩束透镜10的间距为两透镜焦距之和。
所述的由固体激光器1形成的辐照光路和由固He-Ne激光器12形成的入射光路不在一个光学平台，相距5米，可以减小固体激光器运行引起的振动和气流扰动对检测结果的影响。
本发明中光学窗口9的光片为50mm×10mm，熔融石英基底，500nm到650nm波长镀增透膜的光学窗口的热变形对光束的调制进行了检测，准直透镜焦距516mm，扩束透镜焦距1862mm，对He-Ne激光进行3倍扩束，腔镜尺寸200 mm×50mm×40mm，反射腔镜5和光斑腔镜6之间的距离15米。
本发明的检测过程如下：
（ⅰ）按图1搭好入射光路，通过调节，保证He-Ne激光照射到准直透镜11、扩束透镜10、光学窗口9、第一导光反射镜7、第二导光反射镜8、反射腔镜5和光斑腔镜6的中心，调节第一导光反射镜7和第二导光反射镜8，使He-Ne光束照射到反射腔镜5下边缘上方1cm中心位置，根据所需要检测的传输距离，对反射腔镜5和光斑腔镜6进行二维调节，在光斑腔镜6上调出所需要的光点个数；每个光点即代表不同的传输距离，调节准直透镜11和扩束透镜10的间距，对He-Ne光束进行准直，使腔镜上每个光点的大小一致。
（ⅱ）按图1搭辐照光路，固体激光器1发出弱光，调整光纤整形镜片组4的位置，使激光以小于10度的入射角照射到光学窗口9中心对称位置，尽量与He-Ne光斑重合。
（ⅲ）对固体激光器1逐渐增加电流，激光功率增加，光学窗口9吸收激光能量，表面变形，对经过其传输的He-Ne光束进行调制，光斑变形，通过光斑腔镜6上光斑的变化即可观测出不同传输距离处的调制结果。
如图2所示，固体激光辐照功率100W，固体辐照光斑与He-Ne入射光斑基本重合，辐照初期腔镜6上光斑的差别并不大。如图3所示，但随着辐照时间的增加，大约30秒后，弱光经过窗口传输后光斑半径明显发生了变化，5分钟后趋于稳定，在光斑腔镜6上第2个光点处（传输距离约60m）可看出光斑聚焦，第3、第4个光点以后越来越发散。说明光学窗口不再是理想平板，变成一个双凸的正透镜，对于准直的平行光起到会聚作用，窗口变形对光束的调制得到了实验验证。
本发明低功率光路和高功率光路相互独立，避免了辐照光路对入射光路的交互影响，本发明中照射到待测薄膜元件表面的光斑大小可调，由两片腔镜组成的光腔系统，通过反射次数和腔镜距离的调节，可以观测不同传输距离处的调制光斑，因此本发明适用范围广，可以实现对各类光学薄膜元件和光学基底热变形对光束的调制检测。
Claims (2)
1.光学薄膜元件热变形的检测光路，包括由固体激光器（1）形成的辐照光路和由固He-Ne激光器（12）形成的入射光路，其特征在于：He-Ne激光器（12）起由近至远分别设置有准直透镜（11）、扩束透镜（10）、光学窗口（9）和第二导光反射镜（8），倾斜的第二导光反射镜（8）通过与其平行的第一导光反射镜（7）将光束传输到由相互平行反射腔镜（5）和光斑腔镜（6）形成的光腔中；固体激光器（1）起由近至远分别设置有耦合聚焦镜片组（2），能量光纤（3）和整形镜片组（4），经过整形镜片组（4）的光束倾斜入射到光学窗口（9）中，所述的由固体激光器（1）形成的辐照光路和由固He-Ne激光器（12）形成的入射光路不在一个光学平台，经过整形镜片组（4）的光束倾斜入射到光学窗口（9）的入射角小于10°。
2.根据权利要求1所述的光学薄膜元件热变形的检测光路，其特征在于：准直透镜（11）和扩束透镜（10）的间距为两透镜焦距之和。
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