非圓對稱光束波面測量儀制造技術

一種非圓對稱光束波面測量儀，其特征在于它的組成是：同軸地且依次設有小孔、透鏡、ＣＣＤ探測器，該小孔置于透鏡的前焦面，該ＣＣＤ探測器安裝在一刻度滑軌上并可在該刻度滑軌上移動，該ＣＣＤ探測器的探測面位于透鏡的后焦面時，該ＣＣＤ探測器的探測面處于刻度導軌上的零刻度位置，該ＣＣＤ探測器通過信號線與計算機相連。本發明專利技術具有結構簡單、操作便捷，可用于半導體激光器所發光束的波面測量，亦可對任意非圓對稱光束進行二維波面測量。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光束的波面測量，特別是一種非圓對稱光束波面測量儀。
技術介紹
自60年代專利技術激光以來，激光應用已遍布各行各業，其中半導體激光器由于其體積小、壽命長、激光性能良好、價格不高、結構簡單、使用安裝便捷等優點，在軍事、工業和生物醫療等
獨放異彩，使用廣泛。半導體激光器的發光面為窄長條，長約幾十微米，寬約零點幾微米，發出的光在空間也是窄長條，在平行p-n結方向，發散角約5°-6°，在垂直p-n結方向，發散角約40°-60°，其遠場分布是一個細長的橢圓，這大大增加了它的耦合難度和使用難度，在實際應用中，通常需要先對它進行光束整形，了解它的波面性質對于整形具有非常重要的意義。另外，在許多光學應用中，光束并非都具有圓對稱性質，因此發展非圓對稱光束波面的測量方法有很大的應用價值。在現有的測量球面曲率半徑的方法中，機械法、自準球徑儀法、自準望遠鏡測量法、準直光束補償法等都只能用于具體光學元件的球面曲率半徑測量，不適合光束波面測量，平行板剪切干涉法可用于光束波面測量，但平行板剪切干涉法適合口徑小、曲率半徑長、光束質量好、光束波高在一個或者幾個波長之間的波面測量，也不適合大口徑光束和半導體激光光束波面的測量。此外，干涉儀還具有靈敏度高，要求測量環境穩定，干涉條紋不易調節的特點，對于大量半導體激光的檢測不是一種簡便而行之有效的方法。在先技術透鏡波面測量儀(申請號200310108491.3)根據光束通過圓孔的傅立葉變換性質，利用軸向光強分布特點，通過測量兩特征圖樣之間的距離來確定波面，但該方法受圓形孔徑的限制，只能用來測量具有圓對稱光束的波面，不適合半導體激光的波面測量。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是為了克服上述現有技術的缺點，提供一種非圓對稱光束的波面測量儀，該儀器應結構簡單、操作便捷，可用于半導體激光器所發光束的波面測量，亦可對任意非圓對稱光束進行二維波面測量。本專利技術利用光的衍射效應來確定入射波面。本專利技術的技術解決方案如下一種非圓對稱光束波面測量儀，其特征在于它的組成是同軸地且依次設有小孔、透鏡、CCD探測器，該小孔置于透鏡的前焦面，該CCD探測器安裝在一刻度滑軌上并可在該刻度滑軌上移動，該CCD探測器的探測面位于透鏡的后焦面時，該CCD探測器的探測面處于刻度導軌上的零刻度位置，該CCD探測器通過信號線與計算機相連。利用上述非圓對稱光束波面測量儀進行非圓對稱光束波面的測量方法，該方法的具體步驟如下(1)根據待測半導體激光器的發光特點選定透鏡的焦距、刻度滑軌的長度和波面曲率半徑的測量范圍；(2)定標平面波照明時，小孔在透鏡的后焦面的光強分布為|Aλf|b|sinc(bxλf)|2,]]>其中b為孔徑寬度，光強的零點位置出現在 處，n＝1，2，3，......。以第一光強零點位置作為標準定標，由以上參數計算得x方向第一零點位置在離中心0.4mm處，零級光斑寬度為0.8mm，y方向為它的三分之一，當使用半導體激光照明時，以此標記作為判別標準；(3)測量步驟待測光源(01)距離小孔(02)0.5m，調整光源(01)、小孔(02)、透鏡(03)、CCD探測器(04)同光軸；移動CCD探測器(04)，直到觀察面上的第一光強零點和的x方向標記重合，記下移動距離Δzx；重新移動CCD探測器(04)直到觀察面上的第一光強零點和第(2)步的y方向的標記重合，記下Δzy；數據輸入計算機(6)根據下列方程式1R=Δzf2,]]>計算出波面曲率半徑Rx，Ry。本專利技術的工作原理如下根據菲涅爾衍射理論，如果一物體位于透鏡前d0處，用垂直入射的振幅為A的平面波照明，在透鏡后的觀察平面z＝f±Δz上的光場復振幅分布u2(x)為u2(x)=AB1B2{t(x)⊗q(x;1λd0)·p(x)q*(x;1λf)}⊗q(x;1λz)---(1)]]>式中，B1=exp(ikd0)iλd0,]]>B2=exp(ikz)iλz,]]>q(x；α)＝exp(jπαx2)，k=2πλ]]>為波數，f為透鏡焦距，Δz為觀察平面與焦面的距離，p(x)為透鏡孔徑函數，如不考慮透鏡孔徑的有限大小，p(x)＝1，(1)式可化簡為 式中B=A·exp(ikd0)exp(ikz)iλz·ib,]]> 為傅立葉變換，經變量代換當d0＝f時，(2)式可化為 若物體放在透鏡的前焦面，由曲率半徑為R的球面波照明，(3)式變為 因為非圓對稱光束，x，y方向的曲率半徑是不一樣的，假設被照明的物體為長方形小孔，由(4)式可提供兩種利用衍射效應確定波面的方法。方法(一)當一束光入射到一個小孔上時，由于光束不是平面波，其波面和狹縫平面將存在一個波高，光束平行度越好，波高越小，光束平行度越差，波高越大，而有限孔徑內的波高與光束曲率半徑之間存在如下關系R=w02+(a2)22w0---(5)]]>式中，R光束曲率半徑，w0為小孔內的波高，α為矩形孔徑長度。在(4)式中，如果Δz＝0，即觀察平面為焦面，不同波高的光束通過小孔會在傅立葉變換面即焦面形成不同特征的衍射圖樣，改變小孔大小即改變小孔內的波高，如果通過小孔的光波波高為0-2個波長，當小孔由小逐漸變大時，焦面衍射圖樣的變化規律為中心光斑逐漸變小，中心光強先增強后逐漸減弱。當波高約0.6波長時，衍射圖樣的中心出現凹陷；波高為0.85波長時凹陷最明顯，圖樣表現為中間是暗線，兩旁是不同寬度的亮線，當x，y方向的波高都為0.85波長時，衍射圖樣的中心呈現一黑十字星，如圖2和圖3所示，以此圖樣為標準，在測量時只要改變小孔x，y方向的寬度調試出此圖樣，即可由公式(5)確定入射波面。該方法適合于大口徑光束的長曲率半徑測量，可應用于曲率半徑為幾十至幾百米的波面測量。方法(二)在(4)式中，如有1R=Δzf2---(6)]]>在z＝f±Δz的觀測面上，它的衍射圖樣和小孔由平面波照明時在后焦面所成的衍射圖樣一模一樣，只是強弱不同，根據此特點，可通過波面補償的方法來確定入射波面，只要移動原先位于焦面的探測器直到觀察面上的衍射圖樣與小孔由平面波照明時在后焦面上的衍射圖樣重合，通過移動的距離Δz也可確定入射波面。實際測量中可根據需要選擇或結合兩種方法進行。特別提出的是使用方法(二)時，小孔必須放置在透鏡的前焦面。本專利技術的技術效果本專利技術非圓對稱光束波面測量儀具有結構簡單、操作便捷，可用于半導體激光器所發光束的波面測量，亦可對任意非圓對稱光束進行二維波面測量。附圖說明圖1為本專利技術非圓對稱光束波面測量儀原理2和圖3分別是方法(一)所用的標準衍射圖樣及其一維光強分布圖4是方法(二)所用的衍射圖樣圖5和圖6分別是圖4衍射圖樣的x及y向的一維光強分布具體實施方式下面通過實施例對本專利技術作進一步說明。先請參閱圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非圓對稱光束波面測量儀，其特征在于它的組成是：同軸地且依次設有小孔（０２）、透鏡（０３）、ＣＣＤ探測器（０４），該小孔（０２）置于透鏡（０３）的前焦面，該ＣＣＤ探測器（０４）安裝在一刻度滑軌（０５）上并可在該刻度滑軌（０５）上移動，該ＣＣＤ探測器（０４）的探測面位于透鏡（０３）的后焦面時，該ＣＣＤ探測器（０４）的探測面處于刻度導軌（０５）上的零刻度位置，該ＣＣＤ探測器（０４）通過信號線與計算機（０６）相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：萬玲玉，劉立人，張明麗，欒竹，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]