CN108204890B - 照明系统光场均匀性的测试方法及其检测装置 - Google Patents

照明系统光场均匀性的测试方法及其检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种照明系统光场均匀性的测试方法及其检测装置。包括以下有效步骤：对入射光进行扩束整形，得到初始光源；分束器将入射光分为两部分，一部分是待测二维光场，即待测目标光场。另一部分为参考光；将参考光的全部能量汇聚起来并测其大小；待测目标光场经光学系统后成像，测试并记录下每个像点的光强大小；对于待测目标光场中的一个固定像点，其统一标准的等效光强定义为该像点在同一时刻的参考光强与实测光强之比。若光场均匀，则每个像点所对应的统一标准等效光强相同；若光场不均匀，则统一标准的等效光强会出现偏差。统一标准的等效光强这一概念的引入可以消除光源的波动干扰，得到一种更准确的方法来对照明系统光场均匀性进行检测。

Description

照明系统光场均匀性的测试方法及其检测装置
技术领域
本发明属于照明系统光场均匀性检测领域，尤其涉及一种照明系统光场均匀性的测试方法及其检测装置。
背景技术
在许多应用研究中都要用到具有高均匀性的光源，其均匀性精确度的高低会直接影响到光学系统的性能。因此对于光场均匀性的检测具有极为重要的意义。检测方法一般有CCD检测法、传感器阵列检测法、胶片曝光法等。对于面积较大的光场，这些方法大都存在不同程度的缺陷。CCD检测法需要在CCD前加衰减器和会聚透镜，引入了衰减不均匀性与透过率不均匀性，不适合高精度的光场均匀性测量；传感器阵列检测法中的核心器件传感器阵列由数目众多分散的传感器组成，各通道传感器性能参数各不相同，它们独立工作且采用独立的放大电路，各放大电路的特性也不尽相同，检测到的结果不一定可靠；光场胶片曝光法胶片曝光法只能进行定性的判断而不能定量检测，对于精度要求稍高的光学系统检测就无法满足要求。
对于面积较大的光场，不可能同时测量二维平面上所有像点的光强，若分批次测量，则需考虑激光脉冲会随时间发生改变这一因素。这是由于激光器受到材料的限制，致使其发出的激光无法保持恒定，每次发光时脉冲时强时弱，正负及宽度均不一致，若单纯测量照明系统光强大小会使检测结果出现不同程度的偏差，影响最终的测量结果。因此迫切需要一种更准确的方法来对照明系统光场均匀性进行检测。
发明内容
本发明针对上述手段存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单并且能够准确检测照明系统光场均匀性的方法。
通过对激光进行扩束整形后，得到检测所需要的初始光源。将光源发出的入射光入射到分束器，分束器将光束分为两部分，一部分光是均匀性待测试的二维光场，我们称为待测目标光场；另一部分为参考光，参考光是激光器所发射光的固定比例的一部分，这一比例不随时间变化，因此参考光的光强正比于激光器所发射的激光光强，可以用它来反映待测目标光场的特征。在测量过程中为了避免参考光的损失，需要使用一透镜将参考光的全部能量汇聚起来利用ES探测器测其大小。待测目标光场经光学系统后成像，用SS探测器测试并记录下每个像点的光强大小。对于同一时刻，待测目标光场可以用一个像点组成的二维矩阵表示，每个像点都有一个待测光强，而参考光只有一个，与像点位置无关。由于待测目标光场的二维矩阵像点光强无法在同一时刻测量，我们引入了描述像点光强大小的统一标准的等效光强来消除激光器光源在不同时刻的波动干扰。
对于待测目标光场中的一个固定像点，其统一标准的等效光强定义为该像点在同一时刻的参考光强与实测光强之比。需要说明的是，无论光源发生怎样的变化，该像点的统一标准的等效光强在理论上恒定不变。若光场是均匀的，那么每个像点所对应的统一标准的等效光强就会相同，若光场不是均匀的，那么统一标准的等效光强就会出现不同程度的偏差。因此统一标准的等效光强这一概念的引入可以消除光源的波动干扰，得到一种更准确的方法来对照明系统光场均匀性进行检测。
附图说明
本发明的前述方面及优点从下述结合附图详细描述中将得以进一步明确和容易理解，其中：
附图1为测量照明系统光场均匀性的检测装置的示意图。以上各图中，1、193nm激光器；2、扩束器；3、分束器；4、照明系统；5、SS探测器；6、透镜；7、ES探测器；8、工作台。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细描述本发明提出的一种对于照明系统光场均匀性检测的一个典型实施例，所述实施例的示例在附图中示出。有必要在此指出的是，下面描述的实施例是示例性的，旨在对本发明做进一步的解释，而不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据前述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
参照附图1，本发明括以下有效步骤：
通过对193nm激光器发出的入射光进行扩束整形后，得到检测所需的初始光源。
分束器将入射光分为两部分，一部分光是均匀性待测试的二维光场，我们称为待测目标光场；另一部分为参考光，参考光是激光器所发射光的固定比例的一部分。这一比例不随时间变化。
在测量过程中为了避免参考光的损失，使用一透镜将参考光的全部能量汇聚起来利用ES探测器测其大小。
待测目标光场经光学系统后成像，用SS探测器测试并记录下每个像点的光强大小。
对于待测目标光场中的一个固定像点，其统一标准的等效光强定义为该像点在同一时刻的参考光强与实测光强之比。
将各点的等效光强进行对比，得到照明系统光场是否均匀的结论。
由于激光器发出的光脉冲随t不同而变化，比较t1时刻a点的光强与t2时刻b点的光强大小并不能准确反映光场的性质。我们用Ii(t1)表示在t1 时刻ES探测器探测到的参考光的光强大小，用Ii(t2)表示在t2 时刻ES探测器探测到的参考光的光强大小。激光器在t1 时刻光通过照明系统成像于待测目标光场上的a点，并由SS探测器测得其光强大小为Ia(t1)，激光器在t2 时刻光通过照明系统成像于待测目标光场上的b点，并测得光强大小为Ib(t2)，定义
Figure 247967DEST_PATH_IMAGE002
为像点a的统一标准的等效光强，这一比值与时间因子无关，即使时刻t1发生变化，这一比值依然保持恒定；同理，
Figure 165107DEST_PATH_IMAGE004
为与时间因子无关的像点b的统一标准的等效光强，只需比较
若
Figure 496908DEST_PATH_IMAGE006
，则a点与b点光强相同 ，以此类推可验证其它像点的等效光强是否相同。若均相同则光场是均匀的。
若
Figure 892117DEST_PATH_IMAGE008
，则像a点与像b点的等效光强不同，该光场是不均匀的。
受激光器波动干扰的影响，在a、b两像点测试得到的实测光强Ia(t1) 和Ib(t1)不能直接进行比较，用上述方法引入统一标准的等效光强这一概念可以消除干扰，得到一种照明系统光场均匀性检测的更精确方法。

Claims (2)

1.一种涉及脉冲激光照明系统光场均匀性的检测装置，该检测装置包括：193nm激光器；扩束器；分束器；照明系统；SS探测器；透镜；ES探测器；工作台；193nm激光经过扩束器进行扩束整形后，得到检测所需的初始光源；利用分束器将其分为两部分，一部分为均匀性测试的二维光场，即待测目标光场，该待测目标光场经照明系统后成像，用SS探测器测试并记录下每个像点的光强大小，即实测光强；另一部分为参考光，该参考光是激光器所发射光的固定比例的一部分，这一比例不随时间变化，并且在测量过程中为了避免参考光的损失，使用一透镜将参考光的全部能量汇聚起来利用ES探测器测其大小，即参考光强。
2.一种采用权利要求1所述检测装置的检测方法，引入了描述像点光强大小的统一标准的等效光强：对于待测目标光场中的一个固定像点，其统一标准的等效光强定义为该像点在同一段时刻的参考光强与实测光强之比，并用统一标准的等效光强来描述照明系统光场的均匀性。
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