CN106918309A - 电光晶体通光面法线与z轴偏离角的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置及其测量方法，该测量装置包括激光器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜、起偏器、第三透镜、分光镜、数字光电内调焦自准直仪、第四透镜、检偏器、成像透镜、探测器和计算机处理系统。本发明利用锥光干涉原理，实现了待测电光晶体非接触式无损检测，保障了测量过程中不引入待测电光晶体表面划痕，并且适用于大口径电光晶体检测，另外本发明采用数字光电内调焦自准直仪标定检测光束光轴方向，保障了检测光束垂直入射待测电光晶体，具有测量精度高，测量重复性好的优点，具有很大应用前景。

Description

电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及光学检测，特别是一种电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置及其测量方法。

背景技术

高功率激光系统采用先进的多程放大技术获取高能量提高效率，而大口径等离子体电极电光开关是该技术的关键部件之一，它的作用是隔离控制后向反射激光，防止系统大口径光学元件的破坏，维护系统的运行安全。电光开关晶体按垂直于它的光轴切割制造，随着定轴误差增大，光能量损耗迅速增加，因此应尽量抑制电光晶体通光面法线与Z轴偏离角度误差。但要抑制该角度误差首先要准确测量，需要有专业的测量仪器。常规X射线晶体定轴检测设备基于布拉格衍射原理，选用标准钢板作为通光面基准，并需要将待测电光晶体紧紧吸附在标准钢板上。晶体表面与标准钢板接触时容易产生划痕。在高功率激光系统中，划痕很容易引起能量集中，导致电光晶体损坏，因此X射线衍射法并不适用于对表面疵病要求很高的电光晶体Z轴定轴检测。

在发明专利电光晶体Z轴偏离角测量装置及测量方法(CN105066910A)中，提出了一种基于锥光干涉方法的电光晶体Z轴偏离角测量装置及测量方法，然而在权利要求5里的具体测量过程中，该方法通过调整待测电光晶体使待测电光晶体(111)表面反射光与反射镜(107)反射光在光屏处干涉出现零级条纹判断此时光垂直入射待测电光晶体(111)。然而，光屏处干涉出现零级条纹只能说明待测电光晶体(111)处的光线入射角度和反射镜(107)处的光线入射角度是相同的，若反射镜(107)处不是垂直入射，则待测电光晶体(111)处也不是垂直入射的。该套装置中无法对反射镜(107)进行精确角度定位，因此测量结果会包含反射镜角度定位误差，影响测量结果准确度。

发明内容

本发明提出一种电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置及其测量方法，实现电光晶体无损检测，克服了现有方法中易产生划痕以及测量误差大等问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置，其特点在于包含：激光器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜、起偏器、第三透镜、分光镜、数字光电内调焦自准直仪、第四透镜、检偏器、成像透镜、探测器和计算机处理系统；

沿所述的激光器出射的激光方向依次是所述的第一透镜、空间滤波器、第二透镜、起偏器、第三透镜和分光镜；输入的激光经所述的分光镜分为反射光和透射光，在所述的反射光方向设置所述的数字光电内调焦自准直仪；沿所述的透射光方向依次是所述的第四透镜、检偏器、成像透镜和探测器，所述的探测器的输出端与计算机处理系统的输入端相连，所述的起偏器和检偏器的偏振方向相互垂直，所述的第三透镜和第四透镜严格共轭。

采用上述电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置测量电光晶体的通光面法线与Z轴偏离角的方法，该方法包括以下步骤：

A)先不放入待测电光晶体，打开激光器，调节所述的数字光电内调焦自准直仪的焦距，使激光经所述的分光镜的反射光到达所述的数字光电内调焦自准直仪的成像系统时光斑尽可能小；

B)调整所述的数字光电内调焦自准直仪，使光斑位于数字光电内调焦自准直仪的中心位置；

C)关闭所述的激光器，将所述的待测电光晶体的通光面置于所述的第三透镜和第四透镜的公共焦平面，调节所述的数字光电内调焦自准直仪的焦距使数字光电内调焦自准直仪发出光束为平行光，调整待测电光晶体的姿态，使待测电光晶体表面反射的光斑位于所述的数字光电内调焦自准直仪的成像系统的中心位置；

D)关闭所述的数字光电内调焦自准直仪的光源，打开所述的激光器，计算机处理系统通过所述的探测器采集锥光干涉图，记录光轴出露点的位置；

E)旋转所述的待测电光晶体一定角度，重复上述步骤A、B、C、D再次记录出光轴出露点的位置；

F)多次重复E步骤，完成多次测量，得到多组光轴出露点位置，利用最小二乘法拟合出光轴出露点的轨迹为圆形，该圆形的圆心位置坐标即为待测电光晶体表面法线对应位置的坐标x₀，y₀；

G)计算待测电光晶体的Z轴偏离角的方法为：假设光轴出露点的坐标为x₁，y₁，待测电光晶体的表面法线对应的位置坐标为x₀，y₀，第三透镜(6)焦距为f，第三透镜6处的光束口径为D，所述的探测器上光斑直径对应的像素数为N；

系统产生的锥光的锥角θ为：θ＝2arctan(D/2f)，

每个像素对应的角度大小，即角度分辨率Δθ为：

Δθ＝θ/N＝2arctan(D/2f)/N≈D/Nf，

待测电光晶体的通光面法线与Z轴偏离角α为：

本发明的技术效果

本发明利用锥光干涉原理，实现了待测电光晶体非接触式无损检测，保障了测量过程中不引入待测电光晶体表面划痕，并且适用于大口径电光晶体检测，另外本发明采用数字光电内调焦自准直仪标定检测光束光轴方向，保障了检测光束垂直入射待测电光晶体，具有测量精度高，测量重复性好的优点，具有很大应用前景。

附图说明

图1是电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置示意图。

具体实施方式

图1为本发明实验装置示意图，由图可见，本发明电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置，包含：激光器1、第一透镜2、空间滤波器3、第二透镜4、起偏器5、第三透镜6、待测电光晶体7、分光镜8、数字光电内调焦自准直仪9、第四透镜10、检偏器11、成像透镜12、探测器13和计算机处理系统14；

沿所述的激光器1出射的激光方向依次是所述的第一透镜2、空间滤波器3、第二透镜4、起偏器5、第三透镜6和分光镜8；输入的激光经所述的分光镜8分为反射光和透射光，在所述的反射光方向设置所述的数字光电内调焦自准直仪9；沿所述的透射光方向依次是所述的第四透镜10、检偏器11、成像透镜12和探测器13，所述的探测器13的输出端与计算机处理系统14的输入端相连，所述的起偏器5和检偏器11的偏振方向相互垂直，所述的第三透镜6和第四透镜10严格共轭。

采用上述电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置测量电光晶体的通光面法线与Z轴偏离角的方法，该方法包括以下步骤：

A)先不放入待测电光晶体7，打开激光器1，调节所述的数字光电内调焦自准直仪9的焦距，使激光经所述的分光镜8的反射光到达所述的数字光电内调焦自准直仪9的成像系统时光斑尽可能小；

B)调整所述的数字光电内调焦自准直仪9，使光斑位于数字光电内调焦自准直仪9的中心位置；

C)关闭所述的激光器1，将所述的待测电光晶体7的通光面置于所述的第三透镜6和第四透镜10的公共焦平面，调节所述的数字光电内调焦自准直仪9的焦距使数字光电内调焦自准直仪9发出光束为平行光，调整待测电光晶体7的姿态，使待测电光晶体7表面反射的光斑位于所述的数字光电内调焦自准直仪9的成像系统的中心位置；

D)关闭所述的数字光电内调焦自准直仪9的光源，打开所述的激光器1，计算机处理系统14通过所述的探测器13采集锥光干涉图，记录光轴出露点的位置；

E)旋转所述的待测电光晶体7一定角度，重复上述步骤A、B、C、D再次记录出光轴出露点的位置；

F)多次重复E步骤，完成多次测量，得到多组光轴出露点位置，利用最小二乘法拟合出光轴出露点的轨迹为圆形，该圆形的圆心位置坐标即为待测电光晶体7表面法线对应位置的坐标x₀，y₀；

G)计算待测电光晶体7的Z轴偏离角的方法为：假设光轴出露点的坐标为x₁，y₁，待测电光晶体7的表面法线对应的位置坐标为x₀，y₀，第三透镜6焦距为f，第三透镜6处的光束口径为D，所述的探测器13上光斑直径对应的像素数为N；

系统产生的锥光的锥角θ为：θ＝2arctan(D/2f)，

每个像素对应的角度大小，即角度分辨率Δθ为：

Δθ＝θ/N＝2arctan(D/2f)/N≈D/Nf，

待测电光晶体7的通光面法线与Z轴偏离角α为：

激光器1发出的光经第一透镜2、空间滤波器3、第二透镜4扩束准直后变成平行光，经起偏器5形成线偏振光，再经第三透镜6会聚至待测电光晶体7，在晶体中发生双折射。检测光从待测电光晶体7中射出后再经由第四透镜10准直成平行光，经过检偏器11后由成像透镜12会聚至探测器13的探测面。

实验表明，本发明利用锥光干涉原理，实现了待测电光晶体非接触式无损检测，保障了测量过程中不引入待测电光晶体表面划痕，并且适用于大口径电光晶体检测，另外本发明采用数字光电内调焦自准直仪标定检测光束光轴方向，保障了检测光束垂直入射待测电光晶体，具有测量精度高，测量重复性好的优点，具有很大应用前景。

Claims (2)

1.一种电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置，其特征在于包含：激光器(1)、第一透镜(2)、空间滤波器(3)、第二透镜(4)、起偏器(5)、第三透镜(6)、待测电光晶体(7)、分光镜(8)、数字光电内调焦自准直仪(9)、第四透镜(10)、检偏器(11)、成像透镜(12)、探测器(13)和计算机处理系统(14)；

沿所述的激光器(1)出射的激光方向依次是所述的第一透镜(2)、空间滤波器(3)、第二透镜(4)、起偏器(5)、第三透镜(6)和分光镜(8)；输入的激光经所述的分光镜(8)分为反射光和透射光，在所述的反射光方向设置所述的数字光电内调焦自准直仪(9)；沿所述的透射光方向依次是所述的第四透镜(10)、检偏器(11)、成像透镜(12)和探测器(13)，所述的探测器(13)的输出端与计算机处理系统(14)的输入端相连，所述的起偏器(5)和检偏器(11)的偏振方向相互垂直，所述的第三透镜(6)和第四透镜(10)严格共轭。

2.采用权利要求1所述的电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的测量装置测量电光晶体的通光面法线与Z轴偏离角的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A)先不放入待测电光晶体(7)，打开激光器(1)，调节所述的数字光电内调焦自准直仪(9)的焦距，使激光经所述的分光镜(8)的反射光到达所述的数字光电内调焦自准直仪(9)的成像系统时光斑尽可能小；

B)调整所述的数字光电内调焦自准直仪(9)，使光斑位于数字光电内调焦自准直仪(9)的中心位置；

C)关闭所述的激光器(1)，将所述的待测电光晶体(7)的通光面置于所述的第三透镜(6)和第四透镜(10)的公共焦平面，调节所述的数字光电内调焦自准直仪(9)的焦距使数字光电内调焦自准直仪(9)发出光束为平行光，调整待测电光晶体(7)的姿态，使待测电光晶体(7)表面反射的光斑位于所述的数字光电内调焦自准直仪(9)的成像系统的中心位置；

D)关闭所述的数字光电内调焦自准直仪(9)的光源，打开所述的激光器(1)，计算机处理系统(14)通过所述的探测器(13)采集锥光干涉图，记录光轴出露点的位置；

E)旋转所述的待测电光晶体(7)一定角度，重复上述步骤A、B、C、D再次记录出光轴出露点的位置；

F)多次重复E步骤，完成多次测量，得到多组光轴出露点位置，利用最小二乘法拟合出光轴出露点的轨迹为圆形，该圆形的圆心位置坐标即为待测电光晶体(7)表面法线对应位置的坐标x₀，y₀；

G)计算待测电光晶体7的Z轴偏离角的方法为：假设光轴出露点的坐标为x₁，y₁，待测电光晶体(7)的表面法线对应的位置坐标为x₀，y₀，第三透镜(6)焦距为f，第三透镜6处的光束口径为D，所述的探测器(13)上光斑直径对应的像素数为N；

系统产生的锥光的锥角θ为：θ＝2arctan(D/2f)，

每个像素对应的角度大小，即角度分辨率Δθ为：

Δθ＝θ/N＝2arctan(D/2f)/N≈D/Nf，

待测电光晶体(7)的通光面法线与Z轴偏离角α为：

$\mathrm{\α}=\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\×\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2}=\frac{D\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2}}{Nf}.$