專利名稱:消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于短脈沖激光的脈沖壓縮裝置，具體涉及一種消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
在采用拼接光柵的短脈沖壓縮池系統(tǒng)中，拼接光柵面之間微米級(jí)的錯(cuò)位誤差會(huì)導(dǎo)致焦斑分裂。即便是采用配對(duì)誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄍㄟ^調(diào)整光柵縫隙寬度對(duì)錯(cuò)位誤差進(jìn)行補(bǔ)償，也會(huì)影響壓縮脈沖的遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)域特性，因此需要從根本上消除錯(cuò)位誤差。2006年清華大學(xué)曾禮江教授在《光學(xué)快報(bào)》(Optics Letter)上發(fā)表的文章“Method to mosaic gratings by using atwo-color heterodyne interferometer containing a reference grating”提出采用雙波長(zhǎng)外差干涉法消除錯(cuò)位誤差，但該方法沒有監(jiān)測(cè)兩光柵面的平行，并且假定參考光柵的刻線密度與拼接光柵完全一致，這在實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)；另外，其實(shí)驗(yàn)裝置包括了兩臺(tái)干涉儀、兩束同軸傳輸?shù)募す庖约傲硗鈨善耆嗤墓鈻?，造價(jià)昂貴且過程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置，使兩拼接光柵之間達(dá)到高精度的共面。
本發(fā)明消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分和光柵位置調(diào)整部分，根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分的ccd觀察結(jié)果通過光柵位置調(diào)整部分調(diào)整光柵的位置。
激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分含有分光鏡、透鏡、顯微物鏡、ccd、平面反射鏡、小孔板、光柵。
激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分是這樣工作的監(jiān)測(cè)光經(jīng)分光鏡后分為透射和反射兩束光，其中透射光經(jīng)過三次平面反射鏡反射后垂直入射到拼接光柵上，再原路返回到分光鏡，然后經(jīng)過透鏡聚焦，由顯微物鏡放大，成象在ccd上；經(jīng)分光鏡后的反射光經(jīng)一平面反射鏡反射后，以滿足探測(cè)光的入射角度關(guān)系式-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ要求的角度入射到拼接光柵上，其反射光經(jīng)兩次平面反射鏡反射，再經(jīng)過小孔板，然后由透鏡進(jìn)行聚焦，最后由顯微物鏡放大，并成象在另一ccd上。
探測(cè)光的入射角度關(guān)系式中，λ為探測(cè)光波長(zhǎng)，Δz為錯(cuò)位誤差的估計(jì)值，α為探測(cè)光的入射角。
光柵位置調(diào)整部分包括依次連接的微機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和光柵架。
本發(fā)明通過觀察ccd所采集到的垂直入射探測(cè)光的零級(jí)反射光的遠(yuǎn)場(chǎng)，調(diào)整兩光柵面平行。然后選擇探測(cè)光的入射角度使反射后的探測(cè)光之間的相位延遲小于半波長(zhǎng)，根據(jù)探測(cè)光的入射角度關(guān)系式-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ
確定入射角α。此時(shí)通過微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)光柵架及光柵沿垂直于光柵面的方向移動(dòng)一微小距離，使遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑呈現(xiàn)一個(gè)完整的單個(gè)圓斑。不斷的減小入射角α，在此過程中不斷驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)整光柵架及光柵位置使遠(yuǎn)場(chǎng)始終保持一個(gè)單圓斑形態(tài)。直到入射角α為零，此時(shí)拼接光柵的錯(cuò)位誤差完全消除。
本發(fā)明通過不斷減小探測(cè)光的入射角α，使兩拼接光柵的反射光的相位差始終保持在半波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，然后微調(diào)光柵位置，根據(jù)所采集到的遠(yuǎn)場(chǎng)的形態(tài)變化確定兩拼接光柵的相對(duì)位置，最后通過光柵位移調(diào)整部分微調(diào)至遠(yuǎn)場(chǎng)呈現(xiàn)一個(gè)單一完好的焦斑。
本發(fā)明通過激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分和光柵位置調(diào)整部分，根據(jù)探測(cè)光的入射角度關(guān)系式改變探測(cè)光的角度，在實(shí)時(shí)監(jiān)控兩光柵面平行的條件下消除了拼接光柵之間的錯(cuò)位誤差，調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可消除誤差到環(huán)境噪聲的精度范圍。本發(fā)明同時(shí)兼顧了大的誤差捕捉范圍與高調(diào)節(jié)精度的統(tǒng)一，且捕捉范圍與光柵尺寸成正比。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置的光路圖。
圖2為采用本發(fā)明的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)過程中得到的焦斑照片圖3為采用本發(fā)明的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)過程中得到的焦斑照片圖中 3.分光鏡 (4、5)透鏡 (6、7)為顯微物鏡 (8、9)ccd (10～15).平面反射鏡 16.小孔板 (17、18)代表兩塊光柵 19.步進(jìn)電機(jī) 20.微機(jī)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分以及光柵位置調(diào)整部分，通過監(jiān)測(cè)激光脈沖遠(yuǎn)場(chǎng)形態(tài)的變化利用光柵位置調(diào)整部分對(duì)拼接光柵面之間的錯(cuò)位誤差進(jìn)行消除。
本發(fā)明的實(shí)施過程為首先建立激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分，然后利用監(jiān)測(cè)激光遠(yuǎn)場(chǎng)及光柵位置調(diào)整部分對(duì)光柵進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。如圖1所示，搭建監(jiān)測(cè)光路。探測(cè)光入射到分光鏡3后的透射部分經(jīng)平面反射鏡(10、11、12)反射后垂直入射到拼接光柵對(duì)(17、18)上，反射光原路返回，經(jīng)平面反射鏡(12、11、10)后被分光鏡3反射，透鏡4聚焦，顯微物鏡6將焦斑成像至ccd8上，這部分光路用于監(jiān)控兩光柵的面平行；被分光鏡3反射后的探測(cè)光經(jīng)平面反射鏡13入射到拼接光柵對(duì)(17、18)上，其反射光經(jīng)平面反射鏡(14、15)后過小孔板16，透鏡5聚焦，顯微物鏡7將焦斑成像至ccd9上。監(jiān)控ccd8采集到的遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑，通過微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)微調(diào)兩拼接光柵間的夾角，直至遠(yuǎn)場(chǎng)出現(xiàn)單一焦斑，此時(shí)實(shí)現(xiàn)了拼接光柵面平行。根據(jù)公式-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ，通過改變平面反射鏡13的角度選擇該路探測(cè)光的入射角度，用小孔板16卡出一直徑為5mm的光束聚焦，觀察ccd9中的焦斑形態(tài)，此時(shí)顯示的是如圖2所示的大小兩瓣焦斑，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)19使光柵17沿垂直于光柵面的方向運(yùn)動(dòng)，直至遠(yuǎn)場(chǎng)出現(xiàn)如圖3所示的完好的單焦斑，然后通過旋轉(zhuǎn)平面反射鏡13減小該路探測(cè)光的入射角度，此時(shí)遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑不再是單一焦斑的情況，而是又呈現(xiàn)出類似于如圖2所示的大小兩瓣焦斑，再利用微機(jī)20控制步進(jìn)電機(jī)19使光柵17沿垂直于光柵面的方向運(yùn)動(dòng)至遠(yuǎn)場(chǎng)重新出現(xiàn)如圖3所示的完好的單焦斑。不斷重復(fù)上述操作，直到該路探測(cè)光的入射角調(diào)節(jié)到接近垂直入射，并在ccd9的遠(yuǎn)場(chǎng)仍然得到完好的單焦斑時(shí)，認(rèn)為拼接光柵間的錯(cuò)位誤差已經(jīng)消除。此時(shí)兩光柵面達(dá)到亞波長(zhǎng)級(jí)的共面。平面反射鏡(14、15)的作用是每次改變?nèi)肷涔饨嵌群?，通過調(diào)整平面反射鏡(14、15)使該路探測(cè)光始終沿監(jiān)控系統(tǒng)的光軸傳輸。
權(quán)利要求
1.一種消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置，其特征在于所述的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分(1)和光柵位置調(diào)整部分(2)，通過觀察探測(cè)光的遠(yuǎn)場(chǎng)分裂情況，調(diào)整光柵的位置，減小并消除拼接光柵之間的錯(cuò)位誤差；激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分(1)包括分光鏡、透鏡、顯微物鏡、ccd、平面反射鏡、小孔板、光柵；監(jiān)測(cè)光經(jīng)分光鏡后分為透射和反射兩束光，其中透射光經(jīng)過三次平面反射鏡反射后垂直入射到拼接光柵上，再原路返回到分光鏡，然后經(jīng)過透鏡聚焦，由顯微物鏡放大，成象在ccd上；經(jīng)分光鏡后的反射光經(jīng)一平面反射鏡反射后，以滿足探測(cè)光的入射角度關(guān)系式要求的入射角度入射到拼接光柵上，其反射光經(jīng)兩次平面反射鏡反射，再經(jīng)過小孔板，然后由透鏡進(jìn)行聚焦，最后由顯微物鏡放大，并成象在另一ccd上；光柵位置調(diào)整部分(2)包括依次連接的微機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和光柵架。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置，其特征在于所述的探測(cè)光的入射角度關(guān)系式為-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ，關(guān)系式中，λ為探測(cè)光波長(zhǎng)，Δz為錯(cuò)位誤差的估計(jì)值，α為探測(cè)光的入射角。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置，其特征在于所述的激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分(1)包括分光鏡(3)、透鏡(4、5)、顯微物鏡(6、7)、ccd(8、9)、平面反射鏡(10、11、12、13、14、15)、小孔板(16)、光柵(17、18)；探測(cè)光入射到分光鏡(3)后分為兩束光，其中的透射光依次經(jīng)平面反射鏡(10)、(11)、(12)反射后垂直入射到光柵(17、18)上，反射光原路返回，經(jīng)分光鏡(3)反射，透鏡(4)聚焦，由顯微物鏡(6)將焦斑成像至ccd(8)上，這部分光路用于監(jiān)控兩光柵的面平行；探測(cè)光入射到分光鏡(3)后的反射光經(jīng)平面反射鏡(13)入射到光柵(17、18)上，依次經(jīng)平面反射鏡(14)、(15)反射后過小孔板(16)，透鏡(5)聚焦，由顯微物鏡(7)將焦斑成像至ccd(9)上。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種用于消除拼接光柵錯(cuò)位誤差的調(diào)整裝置。本發(fā)明的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分和光柵位置調(diào)整部分，監(jiān)測(cè)光經(jīng)分光鏡后分為透射和反射兩束光，其中透射光經(jīng)過三次平面反射鏡反射后垂直入射到拼接光柵上，再原路返回到分光鏡，然后經(jīng)過透鏡聚焦，由顯微物鏡放大，成象在ccd上；經(jīng)分光鏡后的反射光經(jīng)兩次平面反射鏡反射，再經(jīng)過小孔板，然后由透鏡進(jìn)行聚焦，最后由顯微物鏡放大，并成象在另一ccd上。本發(fā)明根據(jù)探測(cè)光的入射角度關(guān)系式改變探測(cè)光的角度，在實(shí)時(shí)監(jiān)控兩光柵面平行的條件下消除了拼接光柵之間的錯(cuò)位誤差，調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可消除誤差到環(huán)境噪聲的精度范圍。
文檔編號(hào)G02B27/00GK1996090SQ200610022241
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年11月8日
發(fā)明者左言磊, 王逍, 朱啟華, 黃征, 王鳳蕊, 鄧武, 黃小軍, 魏曉峰 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan