CN209802321U - 一种精确测量光束入射角的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种精确测量光束入射角的装置，涉及G02F光学技术领域，包括激光器、分束器、反射镜、液晶盒和探测器，激光器用于产生高斯光束并发射至分束器中，分束器用于将高斯光束分束为两束强度相等的高斯光束，一束光束发射至液晶盒，另一束光束经过反射镜以一定入射角度射入液晶盒，探测器用于测量光束通过液晶盒后的光强，利用向列相液晶构成的PT对称晶格及其强非局域非线性，根据透射光经过液晶盒后的光强与反射光入射角的一一对应关系，通过测定透射光经过液晶盒后的光强直接确定反射光的入射角，整个过程简单易行，方便快捷；环境适应性好，成本较低，且测量准确度高，能够满足微小角度的测量要求。

Description

一种精确测量光束入射角的装置

技术领域

本实用新型涉及G02F光学技术领域，尤其涉及一种精确测量光束入射角的装置。

背景技术

精密角度测量一直是工程领域需要改进的问题，光学方法是一种精确测量小角度的重要方法。目前应用的光学小角度测量方法主要有光学内反射法、CCD光学测角法、圆光栅法、双频激光干涉法、光学成像自准直法和精密光电小角度测量法等。光学内反射法的主要优点是体积小，可以做成袖珍式测角仪，但其测量准确度不高。CCD光学测角法的主要优点是操作较为简单，但测量准确度不够高。圆光栅法的主要优点是测量准确度高，但是高准确度光栅的制作加工很困难。双频激光干涉法虽然小角度测量精度较高，但体积庞大。光学成像自准直法虽然测量精度高，但是环境适应性差，对测量环境要求高，更适合在环境良好的实验室中进行。精密光电小角度测量法虽然测量精度高、兼备姿态角度测量能力和空间基准传递功能，但是成本高。

实用新型内容

本实用新型针对背景技术的问题提供一种精确测量光束入射角的装置，解决现有的小角度测量技术不能兼顾测量准确度高、操作简单、环境适应性好和成本低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种精确测量光束入射角的装置，包括激光器、分束器、反射镜、液晶盒和探测器，其中，所述的激光器用于产生高斯光束并发射至分束器中，所述的分束器用于将高斯光束分束为两束强度相等的高斯光束，一束光束发射至液晶盒，另一束光束经过反射镜以一定入射角度射入液晶盒，所述的探测器用于测量光束通过液晶盒后的光强，通过调整不同的入射角度分别获得对应的光强，以获得入射角度与光强的对应关系；检测时根据探测器所测光强判定待测量入射角度。

优选地，所述的两束强度相等的高斯光束，其中一束光束为透射光，另一束光束为反射光。

优选地，所述的探测器用于测量光束通过液晶盒后的光强，具体为：测量透射光通过液晶盒后的光强。

优选地，所述的液晶盒，其内部的向列相液晶构成PT对称晶格。

优选地，所述的入射角度与光强的对应关系，通过非局域非线性薛定谔方程确定。

优选地，所述的一束光束发射至液晶盒，具体为：一束光束垂直发射至液晶盒。

本实用新型提出一种精确测量光束入射角的装置，能够利用向列相液晶构成的PT对称晶格及其强非局域非线性，根据透射光经过液晶盒后的光强与反射光入射角的一一对应关系，通过测定透射光经过液晶盒后的光强直接确定反射光的入射角，整个过程简单易行，方便快捷。该方法是一种良好的非接触测量角度的方法，环境适应性好，成本较低，且测量准确度高，能够满足微小角度的测量要求，为许多工程领域提供了一种良好的测量手段。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一种实施例中精确测量光束入射角的装置的原理示意图；

图2为本实用新型一种实施例中PT对称晶格中透射光在tanθ＝±0.5的情况下所获增益示意图；

图3为本实用新型一种实施例中不同反射光入射角θ对应的透射光经过液晶盒后的光强示意图；

标号说明：

1-激光器、2-分束器、3-反射镜、4-液晶盒、5-探测器；

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种精确测量光束入射角的装置；

本实用新型第一优选实施例中，如图1所示，包括激光器1、分束器2、反射镜3、液晶盒4和探测器5，其中，所述的激光器1用于产生高斯光束并发射至分束器2中，所述的分束器2用于将高斯光束分束为两束强度相等的高斯光束，一束透射光(作为参考光)，一束反射光，透射光垂直发射至液晶盒4，反射光经过反射镜3以一定入射角度θ射入液晶盒4，所述的探测器5用于测量透射光通过液晶盒4后的光强，通过调整不同的入射角度θ分别获得对应的光强，以获得入射角度θ与光强的对应关系；检测时根据探测器5所测光强判定待测量入射角度θ。

本实用新型实施例中，使用了液晶盒，液晶盒里面装的向列相液晶可以构成PT对称晶格，并且具备强非局域非线性；基于在PT对称晶格中，反射光入射角不同，透射光获得的增益也不同这个特性，可以得到透射光经过液晶盒后的光强与反射光入射角的一一对应关系，进而通过测定透射光在液晶盒传输后的光强，来确定反射光入射角。此处，需要说明的是，可将液晶盒换成其他具备强非局域非线性且能构成PT对称晶格的材料。

本实用新型实施例中，所述的入射角度θ与光强的对应关系，通过非局域非线性薛定谔方程确定，具体如下：

所述激光器发出的高斯光束经分束器分为两束强度相等的高斯光束，透射光垂直射入液晶盒，记为光束1，作为参考光，反射光经反射镜以入射角θ射入液晶盒，记为光束2，则射入液晶盒前表面的初始光场u(x，0)可表示为：

其中，A₁，A₂分别是透射光和反射光的归一化振幅，w₁，w₂是透射光和反射光的空间束宽，d是透射光和反射光射入液晶盒前表面时的距离，tanθ是无量纲的，它是通过1/kw₀进行无量纲变换的；

所述液晶盒里面装的液晶材料是向列相液晶构成的PT对称晶格，同时具有强非局域非线性，光束在液晶盒中的传输满足下列无量纲非局域非线性薛定谔方程：

液晶材料的非线性响应函数为：

其中，w_NCL是液晶材料的无量纲化空间特征长度；

液晶材料的PT对称势函数为：

V_PT(x)＝A_PT[cos²(x)+iV sin(2x)] (4)

由于在PT对称晶格中，反射光入射角θ不同，透射光获得的增益也不同，如图2所示。因此可以通过改变θ的大小，得到透射光经过液晶盒后的光强与反射光入射角θ的一一对应关系，如图3所示。

用探测器测得透射光在液晶盒传输后的光强，再根据上述得到的透射光经过液晶盒后的光强与反射光入射角θ的一一对应关系，就能得到反射光入射角θ。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种精确测量光束入射角的装置，其特征在于，包括激光器、分束器、反射镜、液晶盒和探测器，其中，所述的激光器用于产生高斯光束并发射至分束器中，所述的分束器用于将高斯光束分束为两束强度相等的高斯光束，一束光束发射至液晶盒，另一束光束经过反射镜以一定入射角度射入液晶盒，所述的探测器用于测量光束通过液晶盒后的光强，通过调整不同的入射角度分别获得对应的光强，以获得入射角度与光强的对应关系；检测时根据探测器所测光强判定待测量入射角度。

2.根据权利要求1所述的精确测量光束入射角的装置，其特征在于，所述的两束强度相等的高斯光束，其中一束光束为透射光，另一束光束为反射光。

3.根据权利要求1所述的精确测量光束入射角的装置，其特征在于，所述的探测器用于测量透射光通过液晶盒后的光强。

4.根据权利要求1所述的精确测量光束入射角的装置，其特征在于，所述的液晶盒，其内部的向列相液晶构成PT对称晶格。

5.根据权利要求1所述的精确测量光束入射角的装置，其特征在于，所述的入射角度与光强的对应关系，通过非局域非线性薛定谔方程确定。

6.根据权利要求1所述的精确测量光束入射角的装置，其特征在于，所述的一束光束发射至液晶盒，具体为：一束光束垂直发射至液晶盒。