CN105223000B - 晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置，包括以光线传播方向依次放置的光处理组件、结果检测组件、测量组件；结果检测组件与其安装位为可拆卸连接；光处理组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的指示光源、第一薄膜偏振片、S波片；结果检测组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的第二薄膜偏振片、感光元件；测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。本发明采用线偏振光通入S波片，并利用S波片的特性产生轴对称偏振光，通过轴对称偏振光通入被测晶体判断焦点位置，装置整体结构简单，指示灯更加精确，有效避免了调节狭缝带来的误差。

Description

晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及激光技术，尤其涉及晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置。

背景技术

在固体激光器中，由于晶体吸收泵浦光而产生的热透镜效应和热应力会对激光输出特性产生较大影响，所以热焦距的测量是搭建激光器重要的一步。对于各项同性晶体来说，热应力会改变晶体的内部性质使其变为各向异性晶体，进而产生双折射效应，两束光对应不同的偏振态以及不同的热焦距，此时，对特殊偏振态激光热焦距的测量显得尤为重要。以YAG晶体为例，热致双折射效应会产生角向和径向这两种轴对称偏振激光，对这两种偏振态激光热焦距的测量有较高要求。

现有的测量晶体对轴对称偏振光热焦距的方法，通常采用狭缝法测量，如图1所示，首先将一束光通过竖直方向的偏振片2，再通过水平狭缝或竖直狭缝3，此时将狭缝光通入待测的晶体后焦点位置到晶体中心位置的距离可近似看成角向或径向偏振光的热焦距。在此种方法中，将狭缝光近似成轴对称偏振光的办法本身会带来较大误差，在实际测量中与理论值也相差较多。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种结构简单的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，并根据此装置提供的使指示灯更精确、避免了调节狭缝带来的误差的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法。

本发明的一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其包括以光线传播方向依次放置的光处理组件、结果检测组件、测量组件；所述结果检测组件与其安装位为可拆卸连接；

所述光处理组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的指示光源、第一薄膜偏振片、S波片；

所述结果检测组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的第二薄膜偏振片、感光元件；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

在一些实施例中，优选为，所述光处理组件还包括：四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述第一薄膜偏振片和所述S波片之间的光路上。

在一些实施例中，优选为，所述光处理组件还包括：：一个以上的45°反射镜，所述45°反射镜安装于S波片之前的光路经过的相邻两个光学元件之间。

在一些实施例中，优选为，所述45°反射镜的个数为2个，在光路上相对而设。

在一些实施例中，优选为，所述指示光源可以采用任何连续激光，比如：采用连续1064nm或633nm的He-Ne激光，根据实际需要选择并与S波片中心波长匹配即可。

在一些实施例中，优选为，所述感光元件(10)采用CCD图像传感器。

本发明还提供了一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法，其包括如下步骤：

S1：指示光源射出激光，并通过第一薄膜偏振片使激光起偏获得水平偏振光；

S2：水平偏振光依次进入S波片获得轴对称偏振光；

S3：将第二薄膜偏振片、感光元件放置在安装位上；

S4:所述轴对称偏振光通入第二薄膜偏振片后用感光元件观察，观察是否分瓣，若观察结果为上下分瓣或左右分瓣，则进入步骤S5；

S5：拆卸第二薄膜偏振片、感光元件；将轴对称偏振光通过测量组件的光学元件，测量光线焦点位置距晶体中心的距离，即为轴对称偏振光对该晶体的热焦距；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

在一些实施例中，优选为，在所述S1和S2之间，所述测量方法还包括：

S6:在S波片和第一薄膜偏振片之间安装四分之一波片；

S7：水平偏振光穿过所述四分之一波片，通过旋转四分之一波片，以达到S4的观察效果。

在一些实施例中，优选为，在所述S1和S2之间，所述测量方法还包括：

S8：在S波片和第一薄膜偏振片之间设置多个45°反射镜，以将自所述第一薄膜偏振片出来的光反射入所述第一薄膜偏振光之后的第一个所述光学元件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用线偏振光通入S波片，并利用S波片的特性产生轴对称偏振光，通过轴对称偏振光通入被测晶体判断焦点位置，装置整体结构简单，指示灯更加精确，有效避免了调节狭缝带来的误差。

附图说明

图1为现有技术中晶体对轴对称偏振光热焦距测量方法示意图；

图2本发明的一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置的结构示意图；

图3是图1所示的一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置的检测径向偏振光通过偏振片后CCD图像传感器上显示的图案；

图4是图1所示的一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法及装置的检测角向偏振光通过偏振片后CCD图像传感器上显示的图案。

附图标记说明：

1-端面泵浦或侧面泵浦；2-竖直方向的偏振片；3-竖直狭缝或水平狭缝；9-端面泵浦；10-耦合透镜；11-45°镜；12-被测晶体；13-S波片；14-四分之一波片；15-45°反射镜；16-45°反射镜；17-薄膜偏振片；18-指示光源。

具体实施方式

为便于本领域技术人员对本发明的技术方案和有益效果进行理解，特结合附图对具体实施方式进行如下描述。

基于现有技术中将狭缝光近似成轴对称偏振光的办法本身会带来较大误差，在实际测量中与理论值也相差较多的问题，本发明提供一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置及测量方法。

一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其包括以光线传播方向依次放置的光处理组件、结果检测组件、测量组件；所述结果检测组件与其安装位为可拆卸连接；

所述光处理组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的指示光源、第一薄膜偏振片、S波片；

所述结果检测组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的第二薄膜偏振片、感光元件；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

使用该测量装置进行测量的方法，包括如下步骤：

S1：指示光源射出激光，并通过第一薄膜偏振片使激光起偏获得水平偏振光；

S2：水平偏振光依次进入S波片获得轴对称偏振光；

S3：将第二薄膜偏振片、感光元件放置在安装位上；

S4:所述轴对称偏振光通入第二薄膜偏振片后用感光元件观察，确定是否分瓣，若观察结果为上下分瓣或左右分瓣，则进入步骤S5；

S5：拆卸第二薄膜偏振片、感光元件；将轴对称偏振光通过测量组件的光学元件，测量光线焦点位置距晶体中心的距离，即为轴对称偏振光对该晶体的热焦距；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

采用线偏振光通入S波片，并利用S波片的特性产生轴对称偏振光，通过轴对称偏振光通入被测晶体判断焦点位置，装置整体结构简单，指示灯更加精确，有效避免了调节狭缝带来的误差。

接下来对该晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置进行详细描述：

本测量装置包括三个大的功能的组件：光处理组件、结果检测组件、测量组件，其中光处理组件，用于对光进行处理，以达到后续需要的效果；结果检测组件，用于对处理后的光进行检测，经过光处理组件中的S波片得到的轴对称偏振光应是面包圈形状的，经过结果检测组件的第二薄膜偏振片后，观察感光元件CCD上的光斑形状，来判断所得到的轴对称偏振光是径向偏振的，还是角向偏振的。通过判断其分瓣方向，确定经处理后光的具体偏振态；其中，左右分瓣对应径向偏振光，上下分瓣对应径向偏振光。测量组件，用于确定处理后的光的偏振态后，光通过被测晶体，进行晶体对轴对称偏振光热焦距的测量。

需要说明的是，结果检测组件(第二薄膜偏振片和感光元件)是测量之前的光处理核准步骤，一旦观察达到预期效果，则不再参与后续测量，所以，测量的时候，结果检测组件需要拆卸下来，以构成通畅的光路。

另外，在光处理组件中，根据指示光源的不同需要选择对应的波长的S波片才能够达到理想的观察效果，如果不是对应波长的S波片，则达不到预期的观察效果，因此会在S波片前增加四分之一波片，通过转动四分之一波片来调整光的偏振状态，以达到理想的观察效果。

另外，基于设备空间的限制，光处理组件中，在S波片之前的光路经过的相邻两个光学元件之间可以设置一个以上的45°反射镜，比如在第一薄膜偏振片和下一个光学元件(S波片或者四分之一波片)之间加两个45°反射镜。光经过S波片后形成轴对称偏振光，该轴对称偏振光如果经过45°反射镜后，会呈现类似经过偏振片的效果，从感光元件中观察，本应不分瓣，形状类似面包圈的光斑发生分瓣现象。所以，S波片之后、被测晶体之前的光路上不能设置45°反射镜。

指示光源可以选择任何连续激光，比如：采用连续1064nm或633nm的He-Ne激光，根据实际需要选择即可。

下面，基于即含有四分之一波片，又含有两个45°反射镜的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置为例，来详细说明：

如图2所示，本发明的一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，包括被测晶体12安装位(安装有被测晶体12)、指示光源18和固定于指示光源18光路下游的第一薄膜偏振片17，指示光源18通过第一薄膜偏振片17输出水平偏振光，测量装置还包括将水平偏振光转换为轴对称偏振光的S波片13，第一薄膜偏振片17和四分之一波片14之间固定有改变光路、并将水平偏振光射入S波片13和四分之一波片14内的第一45°反射镜15和第二45°反射镜16。

被测晶体12和S波片13之间按照光路依次设置第二薄膜偏振片(图中未示出)和感光元件(图中未示出)。

S波片13和第一45°反射镜15之间固定有用于精确调节激光偏振态的四分之一波片14，被测晶体12的前方固定有45°镜11，45°镜11的前方设置有耦合透镜10。

感光元件采用CCD图像传感器。指示光源18采用连续1064nm或633nm的He-Ne激光。

一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法，包括如下步骤：

S1：指示光源射出激光，并通过第一薄膜偏振片使激光起偏获得水平偏振光；

S8：在S波片和第一薄膜偏振片之间设置多个45°反射镜，以将自所述第一薄膜偏振片出来的光反射入所述第一薄膜偏振光之后的第一个所述光学元件；

S6:在S波片和第一薄膜偏振片之间安装四分之一波片；

S7：水平偏振光穿过所述四分之一波片，通过旋转四分之一波片，以达到S4的观察效果；

S2：水平偏振光依次进入S波片获得轴对称偏振光；

S3：将第二薄膜偏振片、感光元件放置在安装位上；

S4:所述轴对称偏振光通入第二薄膜偏振片后用感光元件观察，确定是否分瓣，若观察结果为上下分瓣或左右分瓣，则进入步骤S5；

S5：拆卸第二薄膜偏振片、感光元件；将轴对称偏振光通过测量组件的光学元件，测量光线焦点位置距晶体中心的距离，即为轴对称偏振光对该晶体的热焦距；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

步骤编号仅是为了方便表述中引用，不代表任何步骤顺序。

实施例一：

现以连续1064nm或633nm的He-Ne激光为指示光源18、感光元件采用CCD图像传感器、被测晶体12采用Nd:YAG晶体为例对装置及测量方法进行详细说明：

端面泵浦9、YAG晶体(被测晶体12)为例，首先在He-Ne激光器(指示光源18后放置一薄膜偏振片17使输出激光起偏，此时为水平偏振光。再将此水平偏振光依次通过四分之一波片14和S波片13，此时可得到轴对称偏振光。放置四分之一波片14的目的是精确调节激光的偏振态，因S波片对入射光偏振态和波长有较高要求，只有波长匹配的线偏振光通过S波片后可转变为径向偏振光或角向偏振光。

如图3-4所示，因无法直接判断所得到的轴对称偏振光的具体偏振态，此时需再加一偏振片来检测，此时用CCD图像传感器(感光元件)观察通过偏振片后的光斑形状，应该出现分瓣现象，微调四分之一波片14和S波片13，当光斑上下分瓣时，对应为角向偏振光，左右分瓣时，对应为径向偏振光。

最后撤去第二薄膜偏振片及CCD图像传感器，将调好的径向及角向光通入被测晶体，判断光束焦点位置，此时焦点位置到晶体中心的距离及为对应偏振光的热焦距。

本发明采用线偏振光通入S波片13，并利用S波片13的特性产生轴对称偏振光，通过轴对称偏振光通入被测晶体判断焦点位置，装置整体结构简单，指示灯更加精确，有效避免了调节狭缝带来的误差。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其特征在于，包括以光线传播方向依次放置的光处理组件、结果检测组件、测量组件；所述结果检测组件与其安装位为可拆卸连接；

所述光处理组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的指示光源、第一薄膜偏振片、S波片；

所述结果检测组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的第二薄膜偏振片、感光元件；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

2.如权利要求1所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其特征在于，所述光处理组件还包括：四分之一波片，所述四分之一波片设置于所述第一薄膜偏振片和所述S波片之间的光路上。

3.如权利要求1所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其特征在于，所述光处理组件还包括：一个以上的45°反射镜，所述45°反射镜安装于S波片之前的光路经过的第一薄膜偏振片与S波片之间。

4.如权利要求3所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其特征在于，所述45°反射镜的个数为2个，在光路上相对而设。

5.如权利要求1-4任一项所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其特征在于，所述指示光源采用任意连续激光。

6.如权利要求1-4任一项所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量装置，其特征在于，所述感光元件(10)采用CCD图像传感器。

7.一种晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：指示光源射出激光，并通过第一薄膜偏振片使激光起偏获得水平偏振光；

S2：水平偏振光进入S波片获得轴对称偏振光；

S3：将第二薄膜偏振片、感光元件放置在安装位上；

S4:所述轴对称偏振光通入第二薄膜偏振片后用感光元件观察，确定是否分瓣，若观察结果为上下分瓣或左右分瓣，则进入步骤S5；

S5：拆卸第二薄膜偏振片、感光元件；将轴对称偏振光通过测量组件的光学元件，测量光线焦点位置距晶体中心的距离，即为轴对称偏振光对该晶体的热焦距；

所述测量组件的光学元件包括：被测晶体放置位、45°镜、耦合透镜、泵浦源。

8.如权利要求7所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法，其特征在于，在所述S1和S2之间，所述测量方法还包括：

S6:在S波片和第一薄膜偏振片之间安装四分之一波片；

S7：水平偏振光穿过所述四分之一波片，通过旋转四分之一波片，以达到S4的观察效果。

9.如权利要求7所述的晶体对轴对称偏振光热焦距的测量方法，其特征在于，

在所述S1和S2之间，所述测量方法还包括：

S8：在S波片和第一薄膜偏振片之间设置多个45°反射镜，以将自所述第一薄膜偏振片出来的光反射入所述第一薄膜偏振光之后的第一个所述光学元件。