專利名稱：偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，具體為受高頻率固體激光照射后偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)強(qiáng)激光束作用于光學(xué)系統(tǒng)任一光學(xué)薄膜元件表面上時(shí)，由于光學(xué)元件吸收激光能量，薄膜及基底材料的熱傳導(dǎo)以及光學(xué)元件周圍空氣介質(zhì)熱對(duì)流的共同作用，將使光學(xué)元件表面發(fā)生熱變形，進(jìn)而使光束通過光學(xué)元件傳輸時(shí)波前發(fā)生畸變，影響了強(qiáng)激光系統(tǒng)光束輸出的質(zhì)量及其光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。鍍偏振分光膜的偏振分光鏡是高功率激光合成和長距離傳輸系統(tǒng)中的重要光學(xué)元件，其在光路中作為透射元件和反射元件同時(shí)使用。為了達(dá)到減小偏振分光鏡的吸收損耗，制備出高質(zhì)量的偏振分光鏡，提高光束質(zhì)量及其光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有必要對(duì)在高功率激光照射下偏振分光鏡的透射和反射波前熱畸變進(jìn)行深入的研究。在激光照射下光學(xué)薄膜元件熱畸變的研究中，許多學(xué)者從熱傳導(dǎo)方程和熱彈方程出發(fā)，運(yùn)用有限差分和有限元法獲得了光學(xué)元件在激光照射情況下溫度場和變形場分布的數(shù)值結(jié)果(劉明強(qiáng)等光學(xué)薄膜樣品的溫度場和形變場分析，物理學(xué)報(bào)，2008年，Vol. 57)，但由于二者沒有解析解，限制了在檢測技術(shù)中的應(yīng)用。目前使用的薄膜無損檢測技術(shù)如光熱偏轉(zhuǎn)(PTD)和表面熱透鏡技術(shù)(STL)主要是測量表面變形對(duì)應(yīng)的信號(hào)變化，難以獲得形變形貌的絕對(duì)大小分布。在其它檢測方面，人們的注意力主要放在對(duì)低功率(幾毫瓦)小光斑激光照射下光學(xué)薄膜元件損傷形貌的檢測用以研究薄膜損傷機(jī)理(劉紅婕等熔石英表面熱致應(yīng)力對(duì)激光損傷行為影響的研究，物理學(xué)報(bào)，2010年，Vol. 29, No. 2);之前中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所提出了固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置(申請(qǐng)?zhí)?00610029257，公開號(hào)1888839)，但該裝置沒有考慮激光器運(yùn)行過程中環(huán)境因素對(duì)干涉測量精度的影響，仍有不足之處?？傊F(xiàn)有技術(shù)都未能在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)偏振分光鏡的薄膜性質(zhì)和使用特點(diǎn)測量偏振分光鏡的波前熱畸變。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，包括固體激光器、聚焦透鏡、能量光纖、光纖整形鏡片組、分光棱鏡、透射平面鏡、偏振分光鏡、零度濾色片、衰減濾光片、斐索干涉儀以及與斐索干涉儀相連的計(jì)算機(jī)。固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡耦合到能量光纖，再經(jīng)光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以Θ角照射到偏振分光鏡表面中心位置；斐索干涉儀發(fā)出的He-Ne光經(jīng)衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡受激光照射區(qū)域，并可通過偏振分光鏡到達(dá)透射平面鏡，其中0〈θ〈90°。所述Θ 為 45。。
一種偏振分光鏡熱畸變的測量方法，包括以下步驟 i)搭建光路
按照測量裝置安裝各元器件，并調(diào)整位置關(guān)系使得固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡率禹合到能量光纖，再經(jīng)光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以0角照射到偏振分光鏡表面中心位置；同時(shí)使斐索干涉儀發(fā)出的He-Ne光經(jīng)衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡受激光照射區(qū)域，并可通過偏振分光鏡到達(dá)透射平面鏡。ii)透射空白測量
在光纖整形鏡片組前臨時(shí)放置擋光板，啟動(dòng)斐索干涉儀，使其發(fā)出的He-Ne光照射到偏振分光鏡上，并經(jīng)偏振分光鏡到達(dá)透射平面鏡，斐索干涉儀記錄偏振分光鏡受光照過程中的干涉條紋圖樣，計(jì)算機(jī)對(duì)圖樣進(jìn)行處理。
iii)透射波前熱畸變測量
移去擋光板，將固體激光器增加到要求的功率后，對(duì)固體激光照射下偏振分光鏡的透射波前熱畸變進(jìn)行測量。iv)反射空白測量
步驟3)完成后，在光纖整形鏡片組前臨時(shí)放置擋光板，移去透射平面鏡，進(jìn)行偏振分光鏡的反射空白測量。V )反射波前熱畸變測量
移去擋光板，一分鐘后，進(jìn)行偏振分光鏡反射波前熱畸變的測量。所述Θ角為45°。本發(fā)明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，易于搭建，穩(wěn)定性好和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠在非接觸的條件下對(duì)激光照射下光學(xué)薄膜元件的波前畸變進(jìn)行測量，并且在連續(xù)、單脈沖或重復(fù)脈沖激光照射的時(shí)候都能進(jìn)行測量，應(yīng)用范圍廣。


圖I為本發(fā)明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中
I固體激光器2聚焦透鏡3能量光纖
4光纖整形鏡片組5分光棱鏡6透射平面鏡
7偏振分光鏡8零度濾色片9衰減濾光片
10斐索干涉儀11計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法做進(jìn)一步說明
如圖I所示，一種偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，包括設(shè)置在測量室外的固體激光器
I、聚焦透鏡2，設(shè)置在測量室內(nèi)的光纖整形鏡片組4、分光棱鏡5、透射平面鏡6、偏振分光鏡
7、零度濾色片8、衰減濾光片9、斐索干涉儀10以及與斐索干涉儀10相連的計(jì)算機(jī)11以及從測量室內(nèi)延伸到室外的能量光纖3。固體激光器I發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡2耦合到能量光纖3，由能量光纖3的傳輸進(jìn)入測量室，再經(jīng)光纖整形鏡片組4、分光棱鏡5，以Θ角照射到偏振分光鏡7表面中心位置；斐索干涉儀10發(fā)出的He-Ne光經(jīng)衰減濾光片9、零度濾色片8垂直照射到偏振分光鏡7受激光照射區(qū)域，并可通過偏振分光鏡7到達(dá)透射平面鏡6，其中0〈 Θ〈90°。Θ 優(yōu)選為 45。。偏振分光鏡熱畸變的測量方法如下 i)搭建光路
按照測量裝置安裝各元器件，并調(diào)整位置關(guān)系使得固體激光器I發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡2耦合到能量光纖3，由能量光纖3的傳輸進(jìn)入測量室，再經(jīng)光纖整形鏡片組4、分光棱鏡5，以45°角照射到偏振分光鏡7表面中心位置；同時(shí)使斐索干涉儀10發(fā)出的He-Ne光經(jīng)衰減濾光片9，零度濾色片8垂直照射到偏振分光鏡7受激光照射區(qū)域，并可通過偏振分光鏡7到達(dá)透射平面鏡6。ii)透射空白測量
在光纖整形鏡片4組前臨時(shí)放置擋光板，禁止固體激光器I發(fā)出的激光照射到偏振分光鏡7上，啟動(dòng)斐索干涉儀10，使其發(fā)出的He-Ne光照射到偏振分光鏡7上，并經(jīng)偏振分光鏡7到達(dá)透射平面鏡6，斐索干涉儀10記錄偏振分光鏡7受光照過程中的干涉條紋圖樣，計(jì)算機(jī)11對(duì)圖樣進(jìn)行處理。iii)透射波前熱畸變測量
移去擋光板，將固體激光器I增加到200w后，穩(wěn)定一分鐘，對(duì)高功率固體激光照射下偏振分光鏡7的透射波前熱畸變進(jìn)行測量。iv)反射空白測量
步驟3)完成后，在光纖整形鏡片組4前臨時(shí)放置擋光板，移去透射平面鏡6，進(jìn)行偏振 分光鏡7的反射空白測量。V )反射波前熱畸變測量
移去擋光板，一分鐘后，進(jìn)行偏振分光鏡7反射波前熱畸變的測量。所述固體激光器為波長532nm，重復(fù)頻率10 kHz高功率固體激光。本發(fā)明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置采用干涉法實(shí)現(xiàn)了對(duì)偏振分光鏡透射和反射波前畸變的測量，將帶有空氣散熱裝置的高功率固體激光器和干涉儀放置在不同的實(shí)驗(yàn)室，減小空氣擾動(dòng)對(duì)干涉儀測量精度的影響；采用能量光纖傳輸高功率(200w及其以上)激光、利用不同倍率的光纖整形鏡片組和不同芯徑光纖的搭配，可以對(duì)不同光斑直徑激光照射下的光學(xué)元件熱畸變進(jìn)行深入研究；在光路中加入分光棱鏡，使激光和光學(xué)薄膜元件具有相同的偏振性，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)偏振薄膜元件熱畸變的真實(shí)測量；通過簡單的改變測試光路，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光學(xué)元件反射和透射波前畸變的同時(shí)測量。本發(fā)明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，易于搭建，穩(wěn)定性好和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠在非接觸的條件下對(duì)激光照射下光學(xué)薄膜元件的波前畸變進(jìn)行測量，并且在連續(xù)、單脈沖或重復(fù)脈沖激光照射的時(shí)候都能進(jìn)行測量，應(yīng)用范圍廣。
權(quán)利要求
1.一種偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，其特征在于包括固體激光器、聚焦透鏡、能量光纖、光纖整形鏡片組、分光棱鏡、透射平面鏡、偏振分光鏡、零度濾色片、衰減濾光片、斐索干涉儀以及與斐索干涉儀相連的計(jì)算機(jī)；固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡耦合到能量光纖，再經(jīng)光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以Θ角照射到偏振分光鏡表面中心位置；斐索干涉儀發(fā)出的He-Ne光經(jīng)衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡受激光照射區(qū)域，并可通過偏振分光鏡到達(dá)透射平面鏡，其中0〈θ〈90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，其特征在于所述Θ為45。。
3.一種偏振分光鏡熱畸變的測量方法，包括以下步驟 i)搭建光路 按照測量裝置安裝各元器件，并調(diào)整位置關(guān)系使得固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡率禹合到能量光纖，再經(jīng)光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以0角照射到偏振分光鏡表面中心位置；同時(shí)使斐索干涉儀發(fā)出的He-Ne光經(jīng)衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡受激光照射區(qū)域，并可通過偏振分光鏡到達(dá)透射平面鏡； ii)透射空白測量 在光纖整形鏡片組前臨時(shí)放置擋光板，啟動(dòng)斐索干涉儀，使其發(fā)出的He-Ne光照射到偏振分光鏡上，并經(jīng)偏振分光鏡到達(dá)透射平面鏡，斐索干涉儀記錄偏振分光鏡受光照過程中的干涉條紋圖樣，計(jì)算機(jī)對(duì)圖樣進(jìn)行處理； iii)透射波前熱畸變測量 移去擋光板，將固體激光器增加到要求的功率后，對(duì)固體激光照射下偏振分光鏡的透射波前熱畸變進(jìn)行測量； IV)反射空白測量 步驟3)完成后，在光纖整形鏡片組前臨時(shí)放置擋光板，移去透射平面鏡，進(jìn)行偏振分光鏡的反射空白測量； V)反射波前熱畸變測量 移去擋光板，一分鐘后，進(jìn)行偏振分光鏡反射波前熱畸變的測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于Θ為45°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法，包括固體激光器、聚焦透鏡、能量光纖、光纖整形鏡片組、分光棱鏡、透射平面鏡、偏振分光鏡、零度濾色片、衰減濾光片、斐索干涉儀和計(jì)算機(jī)；固體激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡耦合到能量光纖，由能量光纖的傳輸進(jìn)入測量室，再經(jīng)光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以θ角照射到偏振分光鏡表面；斐索干涉儀發(fā)出的光經(jīng)衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡；本發(fā)明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠在非接觸的條件下對(duì)激光照射下光學(xué)薄膜元件的波前畸變進(jìn)行測量，并且在連續(xù)、單脈沖或重復(fù)脈沖激光照射的時(shí)候都能進(jìn)行測量。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102967445SQ20121046687
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者劉麗娜, 安振杰 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院