CN105699056B - 有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种有色滤光片在其透光波段的强度和相位透过分布的光学检测装置和方法，该装置包括半导体光纤输出激光光源，由若干个口径大小不同的透镜和小孔光阑构成的准直缩束系统，有色玻璃滤光片夹持支架，两个透镜组成的成像系统，分束镜，CCD探测器，Hartmann波前传感器以及计算机组成。本发明可以实现对有色滤光片透过强度分布和相位分布同时进行检测，获取动态图像。对于强度透过分布均匀性和透射波前均具有严格要求并在高精度激光参数测量场合使用的有色滤光片来说，这种检测手段尤为重要。本发明装置结构简单，测量方法方便直观，检测结果准确，可用于有色滤光片光学加工的批量检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学检测装置，特别是一种有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置和方法。
背景技术
在高功率激光实验研究中，由于高功率激光通常具有较高的功率密度和峰值功率，在激光参数的测量中往往不能直接测量，而是通过对取样光束进行一定比例衰减后以满足检测仪器的入射参数范围。有色玻璃滤光片常在科研实验中用于对被测激取样光束进行不同程度的衰减，以适应高灵敏度仪器的输入动态范围。不同型号的有色玻璃滤光片透过波段不同，因此在衰减被测光束时，特定的有色玻璃还可以过滤非目标波段的其他自然光和杂散光，仪器往往响应带宽不局限于目标波段，所以这些杂散光会对测量结果产生干扰，而滤光片能提供衰减和过滤两个功能，因此在激光实验研究中有广泛应用。但是为了保证测量过程中不引入新的误差，需要对滤光片进行强度透过分布的检测，以确保其均匀性，另一方面，在某些场合不仅需要光强透过分布均匀还需要确保波前的调制较小，因此需要加入相位透过分布的检测，以筛选出满足实验精度需求，且强度透过和透射波前皆具有优良特征的有色玻璃滤光片。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种光学与数码传感器结合的有色玻璃滤光片的强度与相位透过分布的检测装置和方法，利用CCD和Hartmann传感器分别采集穿过待测有色滤光片光束的强度与相位分布情况，通过计算机处理数据得到可视化的测量结果，实现有色玻璃强度和相位透过情况的快速检测。
本发明的技术解决方案如下：
一种有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置，包括半导体光纤输出激光器、沿该半导体光纤输出激光器的输出光束方向同光轴依次放置的第一透镜、孔径光阑、第二透镜、第三透镜、供待测有色滤光片放置的样品支架、第四透镜、第五透镜和分束镜，在该分束镜的反射光路方向放置有CCD传感器，该分束镜的透射光路方向放置有Hartmann波前传感器，以及分别与所述的Hartmann波前传感器和CCD传感器相连的计算机。
所述的半导体光纤输出激光器的输出端口位于所述第一透镜的焦点处，输出光束经过第一透镜准直，得到大口径近理想平面波的激光光束。
所述的孔径光阑用于截取经第一透镜准直的大口径近理想平面波的激光光束的中心区域部分光束以获取更好的且强度均匀的平面波作为后续测量光源。
所述的第二透镜和第三透镜组成开普勒结构缩束系统，将光束进一步缩小到填满待测元件的口径。
所述的样品支架是可调的同轴透镜基座。
所述的第四透镜和第五透镜为成像透镜，将待测有色滤光片的像成在传感器上。
所述的分束镜对通过待测有色滤光片的光束进行分束采集，且分别用Hartmann波前传感器和CCD传感器进行强度和相位分布的检测，最后将数据传输至计算机进行处理和输出结果；
所述的有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置进行光强度和相位透过分布的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
①将待测有色玻璃滤光片放置在样品支架上；
②开启半导体光纤输出激光器，微调光路，使计算机上显示出完整的待测有色滤光片的强度与相位透过分布；
③将上述得到的结果与无样品时的强度和相位透过分布相对比，即得到待测有色滤光片的强度和相位透过分布情况。
检测结果对应待测有色滤光片的透过率是否均匀，以及其透射波前的特征。当样品测量数据在具体实验精度要求内时认为该样品是均匀且具有良好的透射波前，否则样品未达到加工和使用需求的标准。
本发明的优点在于：
1、克服了传统可见光波段的干涉检测设备无法检测透过窗口在非可见光区间时无法检测的不足；
2、一次检测同时提供待测有色滤光片的强度和相位透过分布的情况，也可以只采用其中的一个检测结果，具有更广泛的适用性；
3、待测有色滤光片支架采用同轴透镜基座，可以快速拆卸待测有色滤光片，提高检测效率。
附图说明
图1是本发明有色玻璃滤光片强度与相位的透过分布检测装置示意图；
图中：1-半导体光纤输出激光器，2-第一透镜，3-孔径光阑，4-第二透镜，5-第三透镜，6-样品支架，7-待测有色滤光片，8-第四透镜，9-第五透镜，10-分束镜，11-Hartmann波前传感器，12-CCD传感器，13-计算机。
图2是相位检测结果中的相位分布情况。
图3是强度检测分布的情况。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例：
请先参阅图1，图1是本发明有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置示意图，由图可见，本发明一种有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置，包括半导体光纤输出激光器1、第一透镜2、孔径光阑3、第二透镜4、第三透镜5、样品支架6、第四透镜8、第五透镜9、分束镜10、Hartmann波前传感器11、CCD传感器12和计算机13。
所述的半导体光纤输出激光器1的输出端口位于所述第一透镜2的焦点处，输出光束经过透镜2准直，得到大口径近理想平面波的激光光束；
所述的孔径光阑3用于截取经第一透镜2准直的大口径近理想平面波的激光光束的中心区域部分光束以获取更好的且强度均匀的平面波作为后续测量光源；
所述的第二透镜4和第三透镜5组成开普勒结构缩束系统，将光束进一步缩小到填满待测元件的口径；
所述的样品支架6是可调的同轴透镜基座；
所述的第四透镜8和第五透镜9为成像透镜，将待测有色滤光片的像成在传感器上。
半导体光纤输出激光器1的输出光束依次经第一透镜2、孔径光阑3、第二透镜4、第三透镜5、固定在样品支架6上的待测有色滤光片7、第四透镜8和第五透镜9后入射到分束镜10，该分束镜10将入射光分为透射光束和反射光束两路，透射光束入射到Hartmann波前传感器11，反射光束入射到CCD传感器12，所述的计算机13分别与所述的Hartmann波前传感器11和CCD传感器12相连，所述的分束镜10对通过待测有色滤光片的光束进行分束采集，且分别用Hartmann波前传感器11和CCD传感器12进行强度和相位分布的检测，最后将数据传输至计算机13进行处理和输出结果。
利用上述装置进行有色玻璃滤光片的强度和相位透过分布检测方法，该方法包括以下步骤：
①将待测有色玻璃滤光片7放置在样品支架6上；
②开启半导体光纤输出激光器1，微调光路，使计算机上显示出完整的待测有色滤光片的强度与相位透过的分布；
③将上述得到的结果与无样品时的强度和相位透过分布相对比，即得到待测有色滤光片的强度和相位透过分布情况。
根据待测有色滤光片的透射波段范围选择适合的光源，这里以一种对可见光截止的红外透射有色玻璃滤光片为待测有色滤光片，口径为Ф30mm，厚度为3mm，对700nm以下波长截止，800nm以上透过率大于90％；光源选择工作波长在红外波段1053nm，带光纤输出的半导体激光器；第一透镜2、第二透镜4和第三透镜5的口径分别为Ф300mm、Ф100mm和Ф30mm，第四透镜8和第五透镜9用于成像，口径为Ф30mm和Ф5mm；半导体激光器1输出端在透镜2焦点处，输出的激光经过透镜2准直后产生近理想平面波的大口径平行光源，利用孔径光阑3截取中间口径为Ф100mm光束质量更接近理想平面波的部分作为检测光源，经过共焦的第二透镜4与第三透镜5缩束至Ф30mm，充满待测有色滤光片7，最后由成像透镜将像成到传感器，由计算机进行数据分析并得到待测有色滤光片的强度透过分布和相位透过分布，显示在计算机屏幕上。若检测结果中强度显示有暗斑、瑕疵或条纹等不均匀的色块则表明强度透过不均匀，若相位显示不平坦则表明透过波前受到该滤光片影响，相位透过分布不均匀。可根据具体实验的需求，依据检测结果筛选出强度透过均匀性和透射波前皆具有优良特征的有色玻璃滤光片。
Claims (4)
1.一种有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置，其特征在于：包括半导体光纤输出激光器(1)、沿该半导体光纤输出激光器(1)的输出光束方向同光轴依次放置的第一透镜(2)、孔径光阑(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、供待测有色滤光片(7)放置的样品支架(6)、第四透镜(8)、第五透镜(9)和分束镜(10)，在该分束镜(10)的反射光路方向放置有CCD传感器(12)，该分束镜(10)的透射光路方向放置有Hartmann波前传感器(11)，以及分别与所述的Hartmann波前传感器(11)和CCD传感器(12)相连的计算机(13)；所述的半导体光纤输出激光器(1)的输出端口位于所述第一透镜(2)的焦点处，输出光束经过第一透镜(2)准直，得到大口径近理想平面波的激光光束；
所述的第二透镜(4)和第三透镜(5)组成开普勒结构缩束成像系统，将孔径光阑(3)输出光束进一步缩小到填满待测元件的口径；
所述的第四透镜(8)和第五透镜(9)为缩束成像透镜组，将待测有色滤光片的像缩束后成在传感器上；
所述的分束镜(10)对通过待测有色滤光片的光束进行分束采集，且分别用Hartmann波前传感器(11)和CCD传感器(12)进行强度和相位分布的检测，最后将数据传输至计算机(13)进行处理和输出结果。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述的孔径光阑(3)用于截取经第一透镜(2)准直的大口径近理想平面波的激光光束的中心区域部分光束以获取更好的且强度均匀的平面波作为后续测量光源。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述的样品支架(6)是可调的同轴透镜基座。
4.根据权利要求1-3任一所述的有色玻璃滤光片强度与相位透过分布检测装置进行光强度和相位透过分布的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
①将待测有色玻璃滤光片(7)放置在样品支架(6)上；
②开启半导体光纤输出激光器(1)，微调光路，使计算机上显示出完整的待测有色滤光片的强度与相位透过分布；
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