一种热透镜测量装置和方法制造方法及图纸

本申请实施例提供一种热透镜测量装置和方法，将相机正对具有复杂图案的背景板，并将光学材料设置于相机和背景板之间的光路，在激光入射光学材料形成热透镜前后，分别通过相机采集一次背景板上的图案，比较相机采集的两幅图像并计算所采集图像上图案的平移量和热透镜折射率变化，相对于测量激光器谐振腔的出光功率或者输出激光的光斑形状对热透镜进行估计等方式，操作更为简单，测量速度更快。测量速度更快。测量速度更快。

【技术实现步骤摘要】
一种热透镜测量装置和方法


[0001]本申请涉及光学测量领域，尤其涉及一种热透镜测量装置和方法。

技术介绍

[0002]热透镜效应是高功率激光技术中经常遇到的问题。光学材料，例如激光晶体、非线性晶体等，由于自身晶体质量问题，对入射的激光存在很小但不可忽略的吸收率。当光学元件受激光器发出的激光束连续较长时间照射，局部吸收激光能量而产生温度升高，伴随着内部的应力增大和外表的形变，光学材料内部的温度场形成中心高、四周低的分布，而材料的折射率随着温度变化，导致光学材料形成类似汇聚透镜或者发散透镜的效应，称为热透镜。
[0003]光学材料的热透镜测量已经是一种较为成熟的技术，通常是将光学材料例如激光晶体放入激光器谐振腔中，并将激光器发出的激光透过光学材料后，再从谐振腔中发出，通过测量激光器谐振腔的出光功率或者输出激光的光斑形状等因素对热透镜的焦距等参数进行评估测量。例如专利：一种在线实时测量激光晶体热透镜焦距的方法与装置(CN105547656B)、一种非线性晶体热透镜焦距的测量方法(CN105954010B)、一种测量非线性晶体吸收系数的方法(CN106018285B)、一种测量非线性晶体热透镜焦距的装置和方法(CN106706272B)、一种固体激光器热焦距测量方法(CN109742642B)、测量激光增益晶体内能量传输上转换热负荷的装置及方法(CN110865053B)、一种利用刀口法测量激光晶体热透镜焦距的方法及装置(CN110987379B)。
[0004]然而，上述方法需要完整的激光器，且需测量激光器谐振腔的出光功率或者输出激光的光斑形状等因素，方法复杂，且测量速度慢。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种热透镜测量装置和方法，方法简单，测量速度快。
[0006]本申请实施例提供一种热透镜测量装置，包括相机和背景板，所述背景板上设置有图案，所述相机用于采集所述背景板上的图案；
[0007]所述相机和所述背景板之间设置光学材料，且所述光学材料设置在所述相机采集所述背景板上的图案的光路上；
[0008]所述光路一侧设置激光器，所述激光器用于向所述光学材料通入激光，以在所述光学材料中产生热透镜；
[0009]在所述光学材料中产生所述热透镜的前后，所述相机分别采集所述背景板上的图案，得到两幅图像，比较所述相机采集的所述两幅图像上的图案，通过分析所述两幅图像上图案的平移量计算所述热透镜的折射率分布。
[0010]在一种可行的实现方式中，所述热透镜测量装置还包括透镜组；
[0011]所述透镜组位于所述相机与背景板之间的光路上，所述透镜组与所述背景板之间用于设置所述光学材料；
[0012]所述透镜组用于缩放所述背景板上的图案。
[0013]在一种可行的实现方式中，所述透镜组包括第一柱透镜和第二柱透镜，所述第一柱透镜和所述第二柱透镜正交设置；
[0014]以所述背景板的宽度方向为X轴所在方向，以所述背景板的长度方向为Y轴所在方向，以所述光路方向为Z轴所在方向建立坐标系，所述第一柱透镜用于在X
‑
Z平面内聚焦，所述第二柱透镜用于在Y
‑
Z平面内聚焦。
[0015]在一种可行的实现方式中，所述激光器的激光出射方向垂直于所述光路。
[0016]在一种可行的实现方式中，所述相机包括电荷耦合器件，所述电荷耦合器件的长度方向平行于所述背景板的长度方向。
[0017]本申请实施例还提供一种热透镜测量方法，采用上述热透镜测量装置，所述测量方法包括：
[0018]通过相机透过光学材料采集背景板上的图案；
[0019]通过激光器向所述光学材料中通入激光；
[0020]所述激光通过所述光学材料并在所述光学材料中产生热透镜后，再次通过所述相机透过所述光学材料采集所述背景板上的图案；
[0021]比较所述相机采集的两幅图像，计算所述相机采集的所述两幅图像上图案的平移量；
[0022]根据所述平移量计算所述热透镜的折射率分布。
[0023]在一种可行的实现方式中，所述计算所述热透镜的折射率分布，包括：
[0024]根据所述热透镜的厚度、所述光学材料的本底折射率、所述相机采集所述两幅图像上图案的平移量以及所述相机采集所述两幅图像上图案的偏移角度计算所述热透镜的折射率分布。
[0025]在一种可行的实现方式中，所述相机和所述背景板之间设置第一柱透镜和第二柱透镜，所述第一柱透镜和所述第二柱透镜正交设置；
[0026]以所述背景板的宽度方向为X轴所在方向，以所述背景板的长度方向为Y轴所在方向，以所述相机的光路方向为Z轴所在方向建立坐标系，所述第一柱透镜用于在X
‑
Z平面内聚焦，所述第二柱透镜用于在Y
‑
Z平面内聚焦；
[0027]所述通过相机透过光学材料采集背景板上的图案，包括：通过所述相机透过所述第一柱透镜、所述第二柱透镜和所述光学材料采集所述图像；
[0028]所述再次通过所述相机透过所述光学材料采集所述图像，包括：再次通过所述相机透过所述第一柱透镜、所述第二柱透镜和所述光学材料采集所述图像。
[0029]在一种可行的实现方式中，所述测量方法还包括：
[0030]根据所述背景板的X轴长度、所述相机中电荷耦合器件的X轴长度、所述光学材料与所述相机和所述背景板的距离计算所述光学材料在所述相机中成像的X轴长度；
[0031]根据所述背景板的Y轴长度、所述相机中电荷耦合器件的Y轴长度、所述光学材料与所述相机和所述背景板的距离计算所述光学材料在所述相机中成像的Y轴长度；
[0032]根据所述光学材料在所述相机中成像的X轴长度和在所述相机中成像的Y轴长度以及所述相机的像素计算所述热透镜的X轴长度和Y轴长度。
[0033]在一种可行的实现方式中，所述测量方法还包括：
[0034]根据所述第一柱透镜的焦距计算所述第一柱透镜与所述相机的距离以及所述第一柱透镜与所述背景板的距离；
[0035]根据所述第二柱透镜的焦距计算所述第二柱透镜与所述相机的距离以及所述第二柱透镜与所述背景板的距离；
[0036]根据所述第一柱透镜与所述相机的距离、所述第一柱透镜与所述背景板的距离以及所述电荷耦合器件X轴的长度计算所述背景板的X轴长度；
[0037]根据所述第二柱透镜与所述相机的距离、所述第二柱透镜与所述背景板的距离以及所述电荷耦合器件Y轴的长度计算所述背景板的Y轴长度。
[0038]在一种可行的实现方式中，所述通过激光器向所述光学材料中通入激光前，还包括：对所述光学材料的表面进行抛光。
[0039]本申请实施例提供的一种热透镜测量装置和方法，在激光入射光学材料形成热透镜前后，分别通过相机采集一次背景板上的图案，比较相机采集的两幅图像，并通过计算所采集图像上图案的平移量，得到热透镜折射率分布，从而基于该热透镜折射率分布，得到热透镜的焦距等参数，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热透镜测量装置，其特征在于，包括相机和背景板，所述背景板上设置有图案，所述相机用于采集所述背景板上的图案；所述相机和所述背景板之间设置光学材料，且所述光学材料设置在所述相机采集所述背景板上的图案的光路上；所述光路一侧设置激光器，所述激光器用于向所述光学材料通入激光，以在所述光学材料中产生热透镜；在所述光学材料中产生所述热透镜的前后，所述相机分别采集所述背景板上的图案，得到两幅图像，比较所述相机采集的所述两幅图像上的图案，通过分析所述两幅图像上图案的平移量计算所述热透镜的折射率分布。2.根据权利要求1所述的热透镜测量装置，其特征在于，所述热透镜测量装置还包括透镜组；所述透镜组位于所述相机与背景板之间的光路上，所述透镜组与所述背景板之间用于设置所述光学材料；所述透镜组用于缩放所述背景板上的图案。3.根据权利要求2所述的热透镜测量装置，其特征在于，所述透镜组包括第一柱透镜和第二柱透镜，所述第一柱透镜和所述第二柱透镜正交设置；以所述背景板的宽度方向为X轴所在方向，以所述背景板的长度方向为Y轴所在方向，以所述光路方向为Z轴所在方向建立坐标系，所述第一柱透镜用于在X
‑
Z平面内聚焦，所述第二柱透镜用于在Y
‑
Z平面内聚焦。4.根据权利要求1所述的热透镜测量装置，其特征在于，所述激光器的激光出射方向垂直于所述光路。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的热透镜测量装置，其特征在于，所述相机包括电荷耦合器件，所述电荷耦合器件的长度方向平行于所述背景板的长度方向。6.一种热透镜测量方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
5任一项所述的热透镜测量装置，所述测量方法包括：通过相机透过光学材料采集背景板上的图案；通过激光器向所述光学材料中通入激光；所述激光通过所述光学材料并在所述光学材料中产生热透镜后，再次通过所述相机透过所述光学材料采集所述背景板上的图案；比较所述相机采集的两幅图像，计算所述相机采集的所述两幅图像上图案的平移量；根据所述平移量计算所述热透镜的折射率分布。7.根据权利要求6所述的热透镜测量方法，其特征在于，所述计算所述热透镜的折射率分布，包括：根据所述热透镜的厚度、所述光学材料的本底折射率、所述相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹志军，吕新杰，叶志霖，许启诚，
申请(专利权)人：南京南智先进光电集成技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：