[發明專利]基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置

有效

• 申請號: 201210172658.1
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102721476A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 葉紅衛;李新陽;鮮浩;李梅;王彩霞;王曉云
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01J1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種基于PSD（Position?and?Sensing?Devices）陣列的高速紅外激光測量裝置。能夠實現對大口徑高速變化的紅外激光光束的波前分布信息、強度分布信息的高速多功能檢測。能夠克服常規檢測方法對大口徑高速變化的紅外激光光束檢測能力不足的問題。可用于紅外激光光束的多功能檢測和自適應光學的高速波前測量等領域。

背景技術

由于紅外激光器的結構設計缺陷或技術、物理問題的限制，使產生的紅外激光光束質量下降。紅外激光光束質量檢測設備很多，主要有遠場光斑測量儀、哈特曼波前傳感器以及近場光強分布探測儀等，可以對激光光的遠場光斑、波前相位、光強分布進行比較精確的測量。

以現有的哈特曼波前傳感器為例，其結構示意圖如圖2所示，哈特曼波前傳感器主要包括一級縮束系統6、微透鏡陣列7，二級縮束系統8、CCD探測器9、數據存儲10和數據處理計算機11等。其工作方式是先將大口徑光束經一級縮束系統6縮束后，采用微透鏡7或者其他分割元件對縮束后的被測光束進行離散分割采樣，然后將各個子孔徑內的遠場子光斑經二次縮束系統8成像到CCD探測器9的靶面上，采集數據存儲到數據存儲設備10中，數據處理計算機11通過讀取數據采集存儲設備10中數據，通過計算各個子光斑質心位置復原出待測光束波前像差。隨著紅外激光技術的發展，對大口徑紅外激光光束質量的高速測量需求越來越大，哈特曼波前傳感器在實際測量中無法很好滿足這一測量要求，主要表現在以下幾方面：（1）當進行大口徑紅外激光光束質量測量時，為與紅外CCD探測器靶面匹配，需要一套復雜而且龐大的多極縮束系統，系統調試困難，加工成本高，研制周期長。由于設備龐大沉重，無法在有限空間的實驗現場靈活應用。（2）大靶面高速紅外CCD相機價格昂貴，而且產品類型很少，很難找到理想的紅外CCD相機。紅外CCD靶面一般比較小，分割采樣后分辨率也就較低，測量精度和測量范圍都受到很大限制，無法對大像差紅外激光光束進行高精度測量。（3）大口徑紅外CCD幀頻是與探測靶面密切相關的，大靶面高速紅外相機很難得到。現在可用的紅外CCD相機采樣頻率一般最高達到幾kHz，無法進行高時間頻域內的紅外激光光束質量測量。

因此傳統的哈特曼傳感器一般用于小于0.3m口徑的紅外激光光束和變化較小的波像差進行測量。無法滿足對大于0.3m口徑以上的大口徑紅外激光光束的高速測量要求，迫切需要新技術來提高測量系統的測量精度和測量速率。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，實現對大口徑紅外激光光束的光強、相位的高速測量。

本發明解決其技術問題所采用的解決方案：如圖1所示，基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，包括：聚焦透鏡陣列1、紅外PSD陣列2、多通道前級放大器3、數據采集存儲器4和數據處理計算機5；所述聚焦透鏡陣列1采用由一系列口徑為0.01m-0.02m的方形聚焦透鏡拼接組成，可以直接對0.3m－1m之間的紅外激光光束進行分割聚焦，聚焦光斑直接成像到紅外PSD陣列2上，紅外PSD陣列2輸出聚焦后的光斑陣列位置坐標信息和強度信息；所述信息經多通道前級放大器3信號放大后由數據采集存儲器4高速存儲，存儲的數據經由數據處理計算機5處理計算，每個紅外PSD探測器輸出四個電流信號分別設為I_A,I_B,I_C,I_D，則探測到的光斑質心坐標和光斑強度I為：