CN202216766U

CN202216766U - 准直光束的检测装置

Info

Publication number: CN202216766U
Application number: CN2011203520847U
Authority: CN
Inventors: 徐建程; 董玥
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2021-09-20

Abstract

本实用新型提供一种准直光束的检测装置，包括直线导轨、光束采样子装置和采样子光束接收处理子装置；其中，所述直线导轨的长度不小于待测准直光束的最大束宽，且该直线导轨垂直于所述待测准直光束照射方向设置于光路中；所述光束采样子装置设置于所述直线导轨上，并可沿该直线导轨滑动；所述采样子光束接收处理子装置相对于所述光束采样子装置设置，并对准所述光束采样子装置出射子光束的方向。本装置可显著扩大空间测量范围、提高测量精度和降低检测成本。

Description

准直光束的检测装置

技术领域

本实用新型涉及光学检测技术领域，具体涉及一种准直光束的检测装置。

背景技术

大口径光学系统在天文光学、空间光学、地基空间目标探测与识别、惯性约束聚变等高技术领域都得到了越来越广泛的应用。随着大口径光学元件的制造技术水平的进步，大口径光学元件向着更高精度、更大口径方向发展。大口径干涉仪系统是检测大口径光学元件面形误差的有效仪器。为了保证干涉仪的测量精度，干涉仪的测试光必须具有很高的准直性。这就要求大口径干涉仪系统中的大口径准直物镜具有非常高的加工精度和装调精度，但是常用的大口径准直光束检测设备价格高、研制周期长，因而它的实用性受到很大的限制。

常规的准直光束的检测方法有夏克-哈特曼法和剪切干涉法。

其中，夏克-哈特曼法用一个透镜阵列对准直光束进行分割取样然后聚焦，根据焦斑的位置反求准直光束的波前分布。该方法适合测量小口径准直光束的波前分布，如果测量大口径准直光束，则需要一个特殊设计的光学匹配系统，在公开号为CN1464968A的中国专利文献中公开了具有光学匹配系统的测量系统)，该光学匹配系统需要一个口径不小于被测准直光束口径的高精度的聚焦透镜，这增加了检测系统的复杂度，也大大增加了检测成本。例如，对于应用于惯性约束聚变系统中的口径为610mm或以上的准直光束而言，夏克-哈特曼法不将会导致检测成本大大提高。

剪切干涉法是准直光束检测的重要方法，在公开号为CN1055600A的中国专利文献中公开了一种剪切干涉仪。有关杆剪切干涉仪的具体结构可参考该中国专利文献。但是剪切干涉法需要一个口径至少与被检准直光束口径相当的高精度、高均匀性的剪切板。通常要求剪切板的口径是被检准直光束口径的

倍。对于口径为610mm的准直光束而言，需要一个口径为862mm的高精度、高均匀性的剪切板，该剪切板的费用将是非常高。

因而，需要研制结构简单、成本较低的对大口径准直光学系统产生的准直光束进行检测的设备。

实用新型内容

本实用新型提供一种准直光束的检测装置；本装置可显著扩大空间测量范围、提高测量精度和降低检测成本。

本实用新型提供的一种准直光束的检测装置，包括直线导轨、光束采样子装置和采样子光束接收处理子装置；

其中，所述直线导轨的长度不小于待测准直光束的最大束宽，且该直线导轨垂直于所述待测准直光束照射方向设置于光路中；

所述光束采样子装置设置于所述直线导轨上，并可沿该直线导轨滑动；

所述采样子光束接收处理子装置相对于所述光束采样子装置设置，并对准所述光束采样子装置出射子光束的方向。

优选的，所述光束采样子装置为五棱镜；五棱镜设置于所述直线导轨上，并使其主截面锐角的其中一边所在面朝向来光方向，该面称为光束入射面；另一边所在面为光束出射面。

可选的，所述五棱镜为两个相同的四棱镜拼接而成。

可选的，所述光束采样子装置为双反射镜，且两反射镜反射面相对，夹角为锐角。

可选的，所述光束采样子装置为紫外响应光学元件。

可选的，所述直线导轨为具有二维ZY方向导向的装置。

可选的，所述导轨上设置有光栅尺。

可选的，所述子光束接收处理子装置包括成像透镜和CCD。

可选的，所述CCD为紫外增强型CCD。

可选的，产生准直光束的装置包括沿光轴依次设置的激光光源、聚焦透镜和准直透镜。

与现有技术相比，本实用新型提供的准直光束的检测装置中，通过直线导轨、五棱镜或起到相同作用的光学元件作为采样装置，对大口径准直光束进行采样并扫描，获得整个光束的波前分布，并进一步判断该光束是否是准直光束；该装置不需要高精度和大口径的光学检测元件，相比传统的夏克-哈特曼法和剪切干涉法的检测装置，该装置可显著扩大空间测量范围、提高测量精度和降低检测成本。

在本实用新型的优选技术方案中，采用五棱镜作为采样装置，在采样后将子光束旋转90度，从而将光束的纵向调焦转换为横向对准，可提高准直光束检测的精度。

附图说明

图1为本实用新型的准直光束的检测装置的实施例的示意图；

图2为应用本实用新型的准直光束的检测装置采样后的采样光束斜率测量的示意图；

图3为直线导轨在Y方向升降的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

图1为本实用新型的准直光束的检测装置的结构示意图。请参考图1，本实施例中，待测装置光束为紫外激光光束，产生该紫外激光光束的装置包括依次设置的激光器1、聚焦透镜2和准直透镜3。激光器1输出的光束被聚焦透镜2聚焦，经准直透镜3准直后得到准直光束，聚焦透镜2的后焦点与准直透镜3的前焦点重合，该准直透镜3为大口径物镜，也成为大口径准直物镜3。其中，所述激光器1的波长为355nm，功率大于29mw。大口径准直物镜3的口径为610mm，焦距为3000mm；其F数(焦距与口径之比)约为4.9，聚焦透镜2的F数小于大口径准直物镜3的F数。

由于在实际情况下，大口径准直物镜3的加工误差和装调误差，经过大口径准直物镜3之后的准直光束并非是理想的准直光束，而会具有较大的相差。因而需要用本实用新型的实施例的检测装置对该光束进行检测，测量经过该大口径准直透镜3产生的光束的波前分布，并判断大口径准直物镜3是否满足使用条件，在不满足时指导该大口径准直物镜3的返修和调整。

本实施例中，准直光束的检测装置包括直线导轨4、五棱镜5和由成像透镜6和CCD 7组成的采样子光束接收处理子装置。

其中，所述直线导轨4设置于待测准直光束的光路中，且该直线导轨垂直于准直光束的照射方向设置(即垂直于大口径准直物镜3的光轴)。本实施例中，光束照射方向定为X方向，则直线导轨4可设置为Z方向。

所述直线导轨4的长度不小于待测准直光束的最大束宽。

五棱镜5设置于所述直线导轨4上，并可以沿该直线导轨4滑动。在五棱镜5设置于该直线导轨4上后，使五棱镜5的主截面锐角的其中一边所在的面朝向来光方向，该面称为光束入射面；根据五棱镜的结构，可知另一边所在面为光束出射平面，称为光束出射面。

成像透镜6和CCD 7同轴设置，且成像透镜6设置于光束出射面和CCD 7之间，五棱镜5出射的光束经成像透镜6后由CCD 7接收。

上述的装置中，可设置于五棱镜5边长大于10mm，五棱镜沿直线导轨4每次移动的距离小于10mm。五棱镜5主截面的中心高度与大口径准直物镜3的光轴高度平齐。经过大口径准直物镜3之后的准直光束在照射到五棱镜5上之后，部分光束经过五棱镜5的光束入射面，并经过两次反射后垂直转向由光束出射面出射，接着被成像透镜成像6后由CCD 7接收。五棱镜5沿着直线导轨4扫描整个准直光束的束宽，即可在CCD7上依次获得整个准直光束该维度的分布。可见，五棱镜的作用是把大口径的准直光束分割成很多个小口径准直子光束，然后将沿X方向的光束转到Z方向。小口径准直光束被成像透镜6聚焦到CCD7上。

此外，由于准直光束截面为二维的，故可设置该直线导轨为具有YZ方向导向的双导轨，将五棱镜放置于Z方向导轨上，Z方向导向的导轨可沿Y方向导轨移动，如图3所示，两导轨可设置于光学隔振平台10上。从而可实现对准直光束截面二维方向的扫描。

为记录五棱镜5于直线导轨3上的相对位置，还可以在直线导轨10上设置光栅尺，这样，五棱镜5在导轨上的相对位置可精确的显示在数显器上，并被记录下来。

由于上述的实施例中，激光器为紫外激光器，产生的待测准直光束也为紫外光束，故五棱镜5和成像透镜均需要采用紫外透过率较高的材料，例如融石英；CCD 7也需要是紫外响应增强型的，尤其在355nm附近波段的响应增强。若成像透镜6的焦距为f，CCD 7的像素尺寸小于8微米，如图2所示，CCD记录下的小口径准直光束的焦斑中心与CCD 7中心位置在X方向的距离为d，则小口径准直光束在X方向的斜率为

\tan (θ) = \frac{d}{f}

通过五棱镜5沿着直线导轨4扫描，可以得到准直光束在Z方向的某一条线上各个子光束的斜率，它相当于大口径紫外准直光束在该一维方向上的一阶导数值，通过对这些导数值进行积分，就可以得到大口径紫外光束在该一维方向上的波前分布。

将直线导轨4的两端放置在两个Y方向导轨8和导轨9上，通过调节导轨8和导轨9，再通过扫描五棱镜5，就可以得到大口径紫外准直光束在各个局部位置处的一阶导数值，通过对这些导数值进行拟合然后积分，就可以得到大口径紫外准直光束的二维波前分布。

上述的实施例中，其中的五棱镜5还可以用其它的光学元件所代替，例如可以用两个相同的四棱镜拼成一个五棱镜。还可以用两个反射镜构成的双反射镜起到同样的效果，此时需要两个反射镜反射面相对，且其夹角为锐角。这里不再赘述。

上述的实施例中，通过直线导轨、五棱镜或起到相同作用的光学元件作为采样装置，对大口径准直光束进行采样，该装置不需要高精度和大口径的光学检测元件，相比传统的夏克-哈特曼法和剪切干涉法的检测装置，该装置可显著扩大空间测量范围、提高测量精度和降低检测成本。

此外，采用五棱镜作为采样装置，在采样后将子光束旋转90度，从而将光束的纵向调焦转换为横向对准，可提高准直光束检测的精度。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种准直光束的检测装置，其特征在于，包括直线导轨、光束采样子装置和采样子光束接收处理子装置；

2.根据权利要求1所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述光束采样子装置为五棱镜；五棱镜设置于所述直线导轨上，并使其主截面锐角的其中一边所在面朝向来光方向，该面称为光束入射面；另一边所在面为光束出射面。

3.根据权利要求2所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述五棱镜为两个相同的四棱镜拼接而成。

4.根据权利要求1所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述光束采样子装置为双反射镜，且两反射镜反射面相对，夹角为锐角。

5.根据权利要求1至5任一所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述光束采样子装置为紫外响应光学元件。

6.根据权利要求1所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述直线导轨为具有二维ZY方向导向的装置。

7.根据权利要求6所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述导轨上设置有光栅尺。

8.根据权利要求1所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述子光束接收处理子装置包括成像透镜和CCD。

9.根据权利要求8所述的准直光束的检测装置，其特征在于，所述CCD为紫外增强型CCD。

10.根据权利要求1所述的准直光束的检测装置，其特征在于，产生准直光束的装置包括沿光轴依次设置的激光光源、聚焦透镜和准直透镜。