全方位光束检验仪制造技术

本发明专利技术属于光学仪器领域的一种全方位光束检测仪。用于光学与激光工程，光学与激光实验中光束准直与质量检测。该检验仪由有入射光阑屏构成固定部分和带有楔角的剪切干涉平板可绕入射光束光轴转动３６０°以及绕平板中心法线转动３６０°和含有固定和转动两块分划板的干涉图形观测屏所构成的转动部分两大部分组成。本发明专利技术的检验仪具有任意方位光束的剪切干涉，检测灵敏度高，可直接给出定量结果，结构简单，造价低廉，易于推广使用的优点。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于检测光束质量的光学仪器，主要用于激光研究、激光工程及一般光学系统光束参数与质量的检测。光束准直及检验的现有方法有(1)用平行平板作为剪切干涉仪视零场干涉图形存在与否作为评判光束准直的依据。主要由点光源1、准直物镜2、平行平板剪切干涉仪3和成象透镜4所构成，观察到干涉图形5如图1所示(Appl.Opt.3.1964，531-534;激光，6，4，1979，47-51;剪切干涉仪及其应用，机械工业出版社，北京，1987年8月，P.77-82，P.220-227)。(2)检测光束准直的剪切干涉仪主要由入射光阑屏6、带有楔角的可以旋转360°的剪切干涉平板9(称为楔板)和图形观测屏三部分组成(专利技术申请号90101910.0)。(3)正交两维剪切干涉(激光，7，10，1980，38-41;Appl.Opt，15，1975，1605)。上述几种方法均存在一些缺点1.方法(1)存在灵敏度不高，不能给出定量结果，平行平板的平行度要求严格，难以达到要求;2.方法(2)虽然结构简单，造价低廉，灵敏度提高又能给出定量结果，但与方法(1)一样只是基于被检验波面为旋转对称的情况下适用，对于非旋转对称波面，例如象散波面、柱波面等均不适用，因为上述仅是楔板可转动360°，是一维横向剪切干涉;3.方法(3)虽然能给出正交两维横向剪切干涉但不能给出定量结果，另一方面，不能给出全方位(或称任意方向)剪切干涉的定量检测。本专利技术的目的在于克服上述列举几种方法的不足之处，专利技术一种既简单实用、造价低廉，又能全方位定量检测光束准直及质量的检验仪。本专利技术的检验仪是由入射光阑屏6构成的固定部分7和有两种旋转方向的剪切干涉板及有固定和转动分划板组成的干涉图形观测屏的转动部分8所构成。其中固定部分7的入射光阑处于干涉板之前，为接收入射光束的最前方;转动部分8的剪切干涉板是一块带有楔角B的楔形平板9(以下简称平板)装入可完成两种旋转方向的镜框10内，镜框10上带有游标刻度读数的分划度盘，镜框的支架可以升降，平板两种方向的旋转是其一，平板绕入射光束的光轴旋转，并能示出旋转的方位角度值，从而实现光束相应方位的剪切干涉;其二，平板绕其前表面中心法线为轴而转动，亦可旋转360°，两种旋转方向的位置均有分划度盘显示出，分划度盘上刻有360°，其中一块度盘直读精度是6′，估读精度为2′。转动部分8中的干涉图形观测屏由固定分划板11和可转动分划板12两部分构成，其中转动分划板带有外环角度刻度盘以便显示转动方位角。整体观测屏是绕入射光束的光轴随其平板一起转动。平板两个转动方向的配合使用，可测出所要求的参数。设光学系统的F数(f/D)为1，根据计算，不同方位离焦量测试精度可达1μm。根据在某一方位角ai上观测的干涉条纹方向，被检测系统在这ai方位角上的离焦量△fai表示为△fai＝ 1/(S) nBf2tgα(1)(1)式中f-被测系统的焦距;n-平板材料的折射率;B-平板的楔角;S-光束剪切量;α-干涉条纹与参考标线的倾角。本干涉仪中，光束剪切量S表达式为 (2)式中h-平板的厚度。根据在某一方位角ai上观测到的干涉条纹方向，则被测光束在这一方位角上的发散角θai表示为θai＝ 1/(S) DnBtgα(3)(3)式中D-被测光束口径。于是，也可以得出在这一方位角上波面曲率半径Rai的表达式Rai＝f2/△fai(4)或Rai＝D/θai(5)当测定几个特征方位角ai(例如ai＝0°，45°，90°，135°，180°等)的Rai后，即可得到象散的表达式ST＝｜1/Rai-1/R(ai+90°)｜(6)式(6)中Rai-任意方位角ai上的波面曲率半径，例如，ai＝0°，则ai+90°＝90°。本检验仪的剪切干涉板两面可以镀膜也可以不镀膜使用;平板的楔角根据被检验光束口径及光束剪切量而定，取值范围最好在5″～60″之间。本专利技术的主要优点是本专利技术较之专利技术专利90101910.0功能更全，可以检测光束之任意方向上的数据;可以给出象差的定量结果，例如常见的象散差，象散波面及柱面波面等，应用较广，不仅可用于旋转对称波面，还可以用于非旋转对称的波面，结构简单，造价低廉。在光学、激光及强激光检测领域里有良好的推广应用前景。 附图说明图1为方法1测试光束准直的一维剪切干涉仪。图2为本专利技术平板所处的四种不同方位角的位置示意图，图中A0A1是入射光束的光轴，B0B1是平板前表面的中心法线。图2(a)当平板9绕B0B1旋转，即完成在X方向上的一维剪切干涉的定量检测; 图2(b)表示在图2(a)的位置后平板9绕A0A1旋转90°后光束在y方向的剪切。实际上，这一过程光束已可实现在x-y座标中的第一和第三象限内的任一方位的剪切干涉; 图2(c)表示在图2(a)的位置后平板9绕A0A1转动180°的情况，事实上，平板9转到此位置时，完成了x-y座标系中第二、四象限内的剪切，即此时完成了全方位剪切; 图2(d)表示了相对于图1(a)平板9转动了270°时的情况。图3本专利技术检验仪的结构示意图。图4表示一较好的回转对称波面在五个不同方位(0°，45°，90°，135°，180°)上得到的剪切干涉图形。图5表示将一点燃的酒精灯火焰插入图3中入射光阑屏前，在上述图4中的回转对称波面五个方位角上得到的剪切干涉图形。图6表示一彗差方向在x方向的光束，同样在上述五个不同方位角上，得到的剪切干涉图形。实施例当被检验系统的F-数(f/D)为1时，若平板楔角B＝20″，其折射率n＝1.51，相对剪切量S/D＝1/5，应用公式(1)得准直系统的离焦量表达式为△f＝0.0004ftgα(7)若α角的测试精度为1°37′，f＝100mm，则离焦量可测得△f＝0.0011mm。应用K9玻璃作为平板材料，相对剪切量仍为1/5，光束入射角45°，应用公式(2)得平板的厚度h≈11.38mm。若相对剪切量S/D仍为1/5，平板楔角B＝20″，其折射率n＝1.51，在方位角ai＝90°位置上α＝1°37′，应用公式(3)得到在这一方位角上光束发散角为θ90°＝0.002mrad 若光学系统焦距f＝100mm，△f45°＝0.05mm，△f135°＝0.04mm，利用公式(4)得出在45°方位角及135°方位角的波面半径分别为R45°＝200mR135°＝250m应用公式(6)可得出在上述两个方位角上的象散ST＝0.001m-1若平板两表面需要镀膜，可按下面公式计算两面的反射率R2＝R1/(1-R1)2(8)式中R1，R2分别为平板前后两表面的反射率。选取平板前后表面的反射率R1R2，可根据需要择其表1中的一组。表1 在不同方位角情况下，所观测到几种特征波面的干涉图形分别由图4、5、6显示出。权利要求1.一种用于检测光束质量的全方位光束检验仪，含有入射光阑屏，剪切干涉板是带有楔角B的平板和干涉图形观测屏，其特征在于由有入射光阑屏构成固定部分7和由有两种旋转方向的平板9与可转动的干涉图形观测屏构成的转动部分8两大部分所组成。被检测系统的离焦量Δf符合公式Δfai= 1/(S) nBf2tgα (1)(1)式中f-被检测系统的焦距n-平板材料的折射率B-平板的楔角α-干涉条纹与参考标线的倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测光束质量的全方位光束检验仪，含有入射光阑屏，剪切干涉板是带有楔角Ｂ的平板和干涉图形观测屏，其特征在于由有入射光阑屏构成固定部分７和由有两种旋转方向的平板９与可转动的干涉图形观测屏构成的转动部分８两大部分所组成。被检测系统的离焦量Δｆ符合公式：＊＊＊（１）（１）式中：ｆ－被检测系统的焦距ｎ－平板材料的折射率Ｂ－平板的楔角α－干涉条纹与参考标线的倾角Ｓ－光束剪切量角标ａｉ表示被检测系统在ａｉ方位角上的角度值。（１）式中：＊＊＊（２）（２）式中：ｈ－为平板的厚度；被测光束在ａｉ方位角上的发散角θ↓［ａｉ］表示为：＊＊＊（３）（３）式中：Ｄ－为被测光束口径；被测光束在ａｉ方位角上的波面曲率半径Ｒａｉ表示为：＊＊＊（４）或＊＊＊（５）被测光束在ａｉ方位角上的象散为：＊＊＊（６）（６）式中：ｉ＝０，１，２，…。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐德衍，陈淑琴，郑朝思，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]