CN109029719B - 基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统及其探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统及其探测方法，包括准分子紫外激光器、第一反射镜、第二反射镜、紫外扩束镜、透镜阵列、针孔板、紫外光功率计和计算机，准分子紫外激光器发出紫外光束，经第一反射镜反射至第二反射镜，经第二反射镜反射至紫外扩束镜，经扩束镜扩束后入射至透镜阵列，透镜阵列将扩束后的紫外激光采样聚焦并入射至针孔板，部分紫外光通过针孔板上的小孔入射至紫外光功率计并将其所测数据送入计算机，移动针孔板的位置使不同采样位置的激光通过并入射至紫外光功率计，最终获得紫外激光光能的分布情况。本发明能够实现光纤光栅刻写系统中紫外光能分布的探测，从而对光纤光栅的刻写提供指导，提高光栅刻写质量。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅制作领域，具体涉及一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统及其探测方法。
背景技术
1978年，加拿大通信研究中心的K. O. Hill及其合作者首次利用驻波法在掺锗光纤中研制出可实现反向模式耦合的布拉格光栅。后来G. Meltz等人利用高强度紫外光源所形成的干涉条纹对光纤进行侧面横向曝光在该光纤纤芯中所产生折射率调制或相位光栅。1989年，第一支布拉格波长位于通信波段的光纤光栅研制成功。此后，紫外光刻技术在光栅制作领域开始蓬勃发展。1993年，Hill等人提出了相位掩模技术来刻写光纤光栅，这项技术使得制作光纤光栅的工艺流程便得更加灵活和简便，有利于批量化工业化生产。2005年，IPG公司将利用该技术研制出的光纤光栅成功作为光纤激光器谐振腔的腔镜应用在高功率光纤激光器中，实现了单模2kW的输出功率，开拓了光纤光栅在高功率光纤激光器中的应用领域。
相位掩模法是目前研制高功率光纤激光器用光纤光栅使用最为广泛的方法。其中相位掩膜板是利用光刻技术与照相平板印刷技术研制出的，在透紫外光的紫外熔石英平玻璃板表面上蚀刻出周期性的浮雕结构，当紫外激光通过时会发生衍射。衍射所产生的正负一级光发生干涉并形成明暗不一的干涉条纹，所产生的干涉条纹对具有良好光敏性的光纤进行曝光处理，使得纤芯的折射率产生周期性扰动，最终形成光栅。但是在实际刻写过程中，紫外激光光能的分布对激光的相干性有着巨大的影响，激光光能分布不均会导致激光的相干性变差。激光的相干性较差则会影响形成的干涉条纹的对比度，导致光纤光栅的反射率等光学参数无法达到要求，限制光纤光栅在高功率激光器中的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统及其探测方法，能够实现光纤光栅刻写系统中紫外激光光能分布的探测，从而对光纤光栅的刻写提供指导，提高光栅刻写质量。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统，包括准分子紫外激光器、第一反射镜、第二反射镜、紫外扩束镜、透镜阵列、针孔板、紫外光功率计和计算机；紫外准分子激光器发出的紫外光入射至第一反射镜；第二反射镜位于第一反射镜的反射光路；紫外扩束镜位于第二反射镜的反射光路，共光轴依次设置紫外扩束镜、透镜阵列、针孔板和紫外光功率计，紫外光功率计与计算机连接，紫外光功率计对准针孔板采集紫外光光功率。
一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统的探测方法，方法步骤如下：
第一步、搭建基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统装置，转入第二步；
第二步、打开准分子紫外激光器，准分子紫外激光器发出紫外光入射至第一反射镜，第一反射镜将紫外光反射至第二反射镜，经第二反射镜再反射至紫外扩束镜，经紫外扩束镜扩束后入射至透镜阵列，透镜阵列将扩束后的紫外光进行采样聚焦形成焦点阵列，将针孔板的小孔对透镜阵列中任意一个透镜使该透镜聚焦的光通过小孔，并通过紫外光功率计接收透过小孔的光测得光功率数据，同时将数据实时传输给计算机，转入第三步；
第三步，通过三维调整台移动针孔板针孔的位置，使之对准透镜阵列中下一个透镜，使该透镜聚焦的光透过小孔后入射至紫外光功率计，紫外光功率计测量出功率数据后传输至计算机，以此类推，使得针孔板的针孔历遍透镜阵列中所有的透镜，测量出所有经透镜阵列聚焦后激光的光功率并将它们传入计算机，转入第四步；
第四步，根据上述光功率，在计算机中对其进行插值拟合，最终获得紫外激光的光能分布情况。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）结合夏克哈特曼波前检测法，利用透镜阵列对扩束后的紫外激光进行采样并利用高精度的紫外光功率计对光强数据进行采集，解决了紫外激光光能分布难以测量的问题。
（2）利用该套测量系统，可以检测光纤光栅刻写系统中紫外激光光强分布情况，为光纤光栅的刻写提供指导，避免光栅刻写中由于紫外激光光强分布不均而导致的光栅反射率不足等问题。
附图说明
图1为本发明基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统三维示意图。
图2为本发明基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统的结构简图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
结合图1和图2，一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统，包括准分子紫外激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、紫外扩束镜4、透镜阵列5、针孔板6、紫外光功率计7和计算机8；紫外准分子激光器1发出的紫外光入射至第一反射镜2；第二反射镜3位于第一反射镜2的反射光路；紫外扩束镜4位于第二反射镜3的反射光路，共光轴依次设置紫外扩束镜4、透镜阵列5、针孔板6和紫外光功率计7，紫外光功率计7与计算机8连接，紫外光功率计7对准针孔板6采集紫外光光功率。
所述针孔板6固定于三维调整台上。
所述透镜阵列5采用紫外熔石英制作而成，透镜阵列中透镜的数目为7×7。
所述第一反射镜2和第二反射镜3均采用镀紫外增反膜的反射镜。
由于该系统采集到的紫外光光强很弱，故紫外光功率计7采用微瓦量级的紫外光功率计。
一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统的探测方法，方法步骤如下：
第一步、搭建基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统装置，转入第二步；
第二步、打开准分子紫外激光器1，准分子紫外激光器1发出紫外光入射至第一反射镜2，第一反射镜2将紫外光反射至第二反射镜3，经第二反射镜3再反射至紫外扩束镜4，经紫外扩束镜扩束4后入射至透镜阵列5，透镜阵列5将扩束后的紫外光进行采样聚焦形成焦点阵列，将针孔板6的小孔对透镜阵列5中任意一个透镜使该透镜聚焦的光通过小孔，并通过紫外光功率计7接收透过小孔的光测得光功率数据，同时将数据实时传输给计算机8，转入第三步；
第三步，通过三维调整台移动针孔板6针孔的位置，使之对准透镜阵列5中下一个透镜，使该透镜聚焦的光透过小孔后入射至紫外光功率计7，紫外光功率计测量出功率数据后传输至计算机8，以此类推，使得针孔板6的针孔历遍透镜阵列5中所有的透镜，测量出所有经透镜阵列5聚焦后激光的光功率并将它们传入计算机8，转入第四步；
第四步，根据上述光功率，在计算机8中对其进行插值拟合，最终获得紫外激光的光能分布情况。
Claims (5)
1.一种基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统，其特征在于：包括准分子紫外激光器（1）、第一反射镜（2）、第二反射镜（3）、紫外扩束镜（4）、透镜阵列（5）、针孔板（6）、紫外光功率计（7）和计算机（8）；准分子紫外激光器（1）发出的紫外光入射至第一反射镜（2）；第二反射镜（3）位于第一反射镜（2）的反射光路；紫外扩束镜（4）位于第二反射镜（3）的反射光路，共光轴依次设置紫外扩束镜（4）、透镜阵列（5）、针孔板（6）和紫外光功率计（7），紫外光功率计（7）与计算机（8）连接，紫外光功率计（7）对准针孔板（6）采集紫外光光功率；
所述针孔板（6）固定于三维调整台上。
2.根据权利要求1所述的基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统，其特征在于：所述透镜阵列（5）采用紫外熔石英制作而成，透镜阵列中透镜的数目为7×7。
3.根据权利要求1所述的基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统，其特征在于：所述第一反射镜（2）和第二反射镜（3）均采用镀紫外增反膜的反射镜。
4.根据权利要求1所述的基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统，其特征在于：所述紫外光功率计（7）采用微瓦量级的紫外光功率计。
5.基于上述权利要求1-4中任意一项所述的基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统的探测方法，其特征在于，方法步骤如下：
第一步、搭建基于夏克哈特曼法的紫外光能分布探测系统装置，转入第二步；
第二步、打开准分子紫外激光器（1），准分子紫外激光器（1）发出紫外光入射至第一反射镜（2），第一反射镜（2）将紫外光反射至第二反射镜（3），经第二反射镜（3）再反射至紫外扩束镜（4），经紫外扩束镜（4）扩束后入射至透镜阵列（5），透镜阵列（5）将扩束后的紫外光进行采样聚焦形成焦点阵列，将针孔板（6）的小孔对透镜阵列（5）中任意一个透镜使该透镜聚焦的光通过小孔，并通过紫外光功率计（7）接收透过小孔的光测得光功率数据，同时将数据实时传输给计算机（8），转入第三步；
第三步，通过三维调整台移动针孔板（6）针孔的位置，使之对准透镜阵列（5）中下一个透镜，使该透镜聚焦的光透过小孔后入射至紫外光功率计（7），紫外光功率计测量出功率数据后传输至计算机（8），以此类推，使得针孔板（6）的针孔历遍透镜阵列（5）中所有的透镜，测量出所有经透镜阵列（5）聚焦后激光的光功率并将它们传入计算机（8），转入第四步；
第四步，根据上述光功率，在计算机（8）中对其进行插值拟合，最终获得紫外激光的光能分布情况。
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