一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量β因子測(cè)量的校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于激光束光束質(zhì)量測(cè)量校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于CCD遠(yuǎn)場 法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)系統(tǒng)與校準(zhǔn)方法,適用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量 系統(tǒng)的校準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光束質(zhì)量是評(píng)價(jià)激光束性能的主要技術(shù)指標(biāo)之一。光束質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)有多種,其 中0因子是普遍采用的一種評(píng)價(jià)參數(shù),在激光器研制或應(yīng)用領(lǐng)域,通常采用CCD遠(yuǎn)場法對(duì) 激光器輸出光束質(zhì)量0因子進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,它具有測(cè)量方法簡單、并且可實(shí)時(shí)獲得遠(yuǎn)場光 斑空間光強(qiáng)分布的優(yōu)點(diǎn)。目前,國內(nèi)外還沒有光束質(zhì)量0因子測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)品,主要 由自研完成,影響CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素較多,包括CCD探測(cè) 器性能參數(shù)(像元尺寸、靶面尺寸、線性動(dòng)態(tài)范圍、面響應(yīng)均勻性等)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)面形誤 差以及計(jì)算軟件處理算法等,測(cè)量模型明顯呈非線性,各因素之間相互影響關(guān)系也比較復(fù) 雜,難以采用不確定度傳遞律進(jìn)行評(píng)定;同時(shí),國內(nèi)外目前尚缺乏光束質(zhì)量0因子測(cè)量的 計(jì)量校準(zhǔn)能力,也沒有提出相應(yīng)的校準(zhǔn)方法?,F(xiàn)有研究工作主要集中在激光光束質(zhì)量評(píng)價(jià) 參數(shù)和測(cè)量方法上,如《高能非穩(wěn)腔激光器光束質(zhì)量評(píng)價(jià)的探討》(劉澤金,中國激光,1998 年,第25卷第3期:193~196頁)介紹了光束質(zhì)量0因子及其測(cè)量方法;對(duì)于C⑶探測(cè) 器器件性能、光學(xué)系統(tǒng)面形誤差的影響也有一些研究,如《光學(xué)器件面形誤差對(duì)光束質(zhì)量的 影響》(萬敏,光學(xué)學(xué)報(bào),2002年,第22卷第4期:495~500頁)、《C⑶光電響應(yīng)非線性特 性對(duì)激光遠(yuǎn)場焦斑測(cè)量及光束質(zhì)量計(jì)算的影響》(賀元興,中國激光,2012年,第39卷第4 期:0408001)等,這些研究為光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)提供了指導(dǎo)依據(jù),但無法 滿足光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)高精度計(jì)量校準(zhǔn)的需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量 系統(tǒng)校準(zhǔn)能力的問題,本實(shí)用新型提供一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)系 統(tǒng),本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)方 法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005] -種用于C⑶遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)系統(tǒng),包括前期校準(zhǔn)系統(tǒng)和后期 校準(zhǔn)系統(tǒng),
[0006] 所述前期校準(zhǔn)系統(tǒng)中平行光源的光經(jīng)過可變像質(zhì)裝置進(jìn)入激光干涉儀;
[0007] 所述后期校準(zhǔn)系統(tǒng)中平行光源的光經(jīng)過可變像質(zhì)裝置進(jìn)入被校準(zhǔn)光束質(zhì)量0因 子測(cè)量系統(tǒng)。
[0008] 在上述技術(shù)方案中,所述的可變像質(zhì)裝置包括組合透射像差板、圓環(huán)遮攔和固定 支座;所述組合透射像差板與圓環(huán)遮攔設(shè)置在固定支座上,圓環(huán)遮攔設(shè)置在組合透射像差 板與平行光源之間。
[0009] 在上述技術(shù)方案中,所述的組合透射像差板包括若干塊透射像差板,組合透射像 差板波前畸變對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量在被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)范圍內(nèi)。
[0010] 在上述技術(shù)方案中,所述的透射像差板包括像差鏡、鏡框;其中像差鏡設(shè)置在鏡框 中。
[0011] 在上述技術(shù)方案中,像差鏡的有效口徑不小于被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)使 用口徑,0°角透射使用;鏡框的有效口徑與像差鏡相同,并具有角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0012] 在上述技術(shù)方案中,所述的圓環(huán)遮攔的外環(huán)與內(nèi)環(huán)同心,根據(jù)被校光束質(zhì)量e因 子測(cè)量系統(tǒng)中心遮攔尺寸的改變對(duì)圓環(huán)遮攔的外環(huán)與內(nèi)環(huán)進(jìn)行尺寸改變。
[0013] 在上述技術(shù)方案中,所述固定支座具有俯仰角、方位角精密調(diào)節(jié)功能。
[0014] 在上述技術(shù)方案中,所述的平行光源工作波長與被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng) 工作波長相同,輸出光束口徑不小于被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)使用口徑,輸出光束波 前畸變PV值小于A/5。
[0015] 本實(shí)用新型還提供一種用于C⑶遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn) 方法,包括以下步驟:
[0016] (a)將可變像質(zhì)裝置設(shè)置在激光干涉儀出口位置,調(diào)節(jié)圓環(huán)遮攔外圓直徑、內(nèi)圓直 徑,使圓環(huán)遮攔通光口徑與被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)使用口徑相同;
[0017] (b)啟動(dòng)激光干涉儀,使出射光束以0°角入射到可變像質(zhì)裝置上,并保證出射光 束的中心軸與可變像質(zhì)裝置中心軸重合,再由標(biāo)準(zhǔn)平面鏡反射,將光束原路返回至激光干 涉儀,激光干涉儀需經(jīng)法定計(jì)量單位校準(zhǔn);
[0018] (c)根據(jù)被校光束質(zhì)量e因子測(cè)量系統(tǒng)所需校準(zhǔn)范圍,調(diào)整可變像質(zhì)裝置組合透 射像差板的組合方式或旋轉(zhuǎn)像差鏡的角度,確??勺兿褓|(zhì)裝置的波前誤差對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量 0因子分布在被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)范圍內(nèi);
[0019] (d)激光干涉儀測(cè)量可變像質(zhì)裝置(2)的波前誤差,獲得波前誤差澤尼克多項(xiàng)式 表達(dá)式36階系數(shù)(AJ,A 激光干涉儀工作波長,其中i取值從1到36;
[0020] (e)在激光干涉儀工作波長A1與被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)工作波長A2不 相同時(shí),由下式計(jì)算A2波長下可變像質(zhì)裝置波前誤差澤尼克多項(xiàng)式表式各階系數(shù);
[0021]
[0022] 上式中,入:為激光干涉儀工作波長,X2為被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)工作 波長,%(AJ為激光干涉儀測(cè)量可變像質(zhì)裝置波前誤差澤尼克多項(xiàng)式表達(dá)式第i階系數(shù), a, (A2)為計(jì)算得到對(duì)應(yīng)A2波長下可變像質(zhì)裝置波前誤差澤尼克多項(xiàng)式表達(dá)式第i階系 數(shù),其中i取值從1到36 ;
[0023] (f)根據(jù)A2波長下可變像質(zhì)裝置波前誤差澤尼克表達(dá)式,計(jì)算出可變像質(zhì)裝置波 前誤差對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量0。 1;
[0024](g)保持可變像質(zhì)裝置中組合透射像差板(3)的組合方式與使用角度不變,將可 變像質(zhì)裝置(2)移動(dòng)至平行光源出口位置,平行光源需經(jīng)法定計(jì)量單位校準(zhǔn),使出射光束 以〇°角入射到可變像質(zhì)裝置上,并保證出射光束的中心軸與可變像質(zhì)裝置中心軸重合,再 共軸進(jìn)入被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng),由被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量輸出光束 的光束質(zhì)量e11;
[0025] (h)改變可變像質(zhì)裝置中組合透射像差板的組合方式或旋轉(zhuǎn)角度,使得可變像質(zhì) 裝置波前誤差對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量在被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)范圍內(nèi)變化,且對(duì) 應(yīng)光束質(zhì)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)不小于4,分別記為0。 2, 0。3, 0。4, 0。5;
[0026]⑴重復(fù)步驟⑷~(g),由被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得到對(duì)應(yīng)(h)中 不同組合方式下可變像質(zhì)裝置對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量,分別記為012, 013, 014, 015;
[0027] (j)對(duì)比光束質(zhì)量0Q1~0。5與0 0 15數(shù)值,給出校準(zhǔn)修正因子、測(cè)量不確定 度。
[0028] 所述的步驟(g)中,可變像質(zhì)裝置在平行光源工作波長下的透過率應(yīng)滿足被校光 束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量要求。
[0029] 本實(shí)用新型的用于C⑶遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的一種校準(zhǔn)系統(tǒng)與校準(zhǔn)方法, 其基本原理是:根據(jù)被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)范圍,調(diào)整可變像質(zhì)裝置組合像差 板的組合方式,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)范圍內(nèi)多個(gè)不同光束質(zhì)量值,并由激光干涉儀測(cè)量波前誤差, 理論計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量0 再將可變像質(zhì)裝置放置在平行光源出口位置,由被校光 束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量輸出光束的光束質(zhì)量,對(duì)比理論計(jì)算結(jié)果0c與實(shí)際 測(cè)量結(jié)果,從而完成被校光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。
[0030] 本實(shí)用新型的有益效果在于:采用可變像質(zhì)裝置模擬產(chǎn)生不同0因子的光束質(zhì) 量,由理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值對(duì)比,從而實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn),解決了CCD遠(yuǎn) 場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量不確定度校準(zhǔn)的難題,方法簡單有效,精度高。本實(shí)用新型的校 準(zhǔn)系統(tǒng)與校準(zhǔn)方法為激光束光束質(zhì)量0因子測(cè)量儀的精確校準(zhǔn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0031] 本實(shí)用新型將通過例子并參照附圖的方式說明,其中:
[0032] 圖1是本實(shí)用新型的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0033] 圖2是本實(shí)用新型的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的校準(zhǔn)系統(tǒng)中可變像 質(zhì)裝置的透射像差板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖3是本實(shí)用新型的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量的可變像質(zhì)裝置波前 誤差測(cè)量光路示意圖。
[0035] 圖4是本實(shí)用新型的用于C⑶遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)光路示意圖。
[0036] 圖中,1.平行光源2.可變像質(zhì)裝置3.組合透射像差板4.圓環(huán)遮攔5.固定支 座6.透射像差板7.像差鏡8.鏡框9.角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10.標(biāo)準(zhǔn)平面鏡11.干涉