[發明專利]偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201210466875.1
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102967445A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉麗娜;安振杰
• 申請（專利權）人: 核工業理化工程研究院
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司 12103
• 代理人: 胡恩河

技術領域

本發明涉及偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，具體為受高頻率固體激光照射后偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法。

背景技術

當強激光束作用于光學系統任一光學薄膜元件表面上時，由于光學元件吸收激光能量，薄膜及基底材料的熱傳導以及光學元件周圍空氣介質熱對流的共同作用,將使光學元件表面發生熱變形，進而使光束通過光學元件傳輸時波前發生畸變，影響了強激光系統光束輸出的質量及其光學系統的穩定性。鍍偏振分光膜的偏振分光鏡是高功率激光合成和長距離傳輸系統中的重要光學元件，其在光路中作為透射元件和反射元件同時使用。為了達到減小偏振分光鏡的吸收損耗,制備出高質量的偏振分光鏡,提高光束質量及其光學系統的穩定性,有必要對在高功率激光照射下偏振分光鏡的透射和反射波前熱畸變進行深入的研究。

在激光照射下光學薄膜元件熱畸變的研究中，許多學者從熱傳導方程和熱彈方程出發，運用有限差分和有限元法獲得了光學元件在激光照射情況下溫度場和變形場分布的數值結果（劉明強等光學薄膜樣品的溫度場和形變場分析，物理學報,?2008年,Vol.57），但由于二者沒有解析解，限制了在檢測技術中的應用。

目前使用的薄膜無損檢測技術如光熱偏轉（PTD）和表面熱透鏡技術（STL）主要是測量表面變形對應的信號變化，難以獲得形變形貌的絕對大小分布。在其它檢測方面，人們的注意力主要放在對低功率（幾毫瓦）小光斑激光照射下光學薄膜元件損傷形貌的檢測用以研究薄膜損傷機理（劉紅婕等熔石英表面熱致應力對激光損傷行為影響的研究,物理學報,2010年,Vol.29,No.2）；之前中國科學院上海光學精密機械研究所提出了固體激光器動態熱畸變的干涉測量裝置（申請號：200610029257，公開號：1888839），但該裝置沒有考慮激光器運行過程中環境因素對干涉測量精度的影響，仍有不足之處。總之現有技術都未能在實驗中根據偏振分光鏡的薄膜性質和使用特點測量偏振分光鏡的波前熱畸變。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了偏振分光鏡熱畸變的測量裝置及測量方法。

本發明的技術方案為：一種偏振分光鏡熱畸變的測量裝置，包括固體激光器、聚焦透鏡、能量光纖、光纖整形鏡片組、分光棱鏡、透射平面鏡、偏振分光鏡、零度濾色片、衰減濾光片、斐索干涉儀以及與斐索干涉儀相連的計算機。

固體激光器發出的激光經聚焦透鏡耦合到能量光纖，再經光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以θ角照射到偏振分光鏡表面中心位置；斐索干涉儀發出的He-Ne光經衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡受激光照射區域，并可通過偏振分光鏡到達透射平面鏡，其中0<θ<90°。

所述θ為45°。

一種偏振分光鏡熱畸變的測量方法，包括以下步驟：

ⅰ）搭建光路

按照測量裝置安裝各元器件，并調整位置關系：使得固體激光器發出的激光經聚焦透鏡耦合到能量光纖，再經光纖整形鏡片組、分光棱鏡，以θ角照射到偏振分光鏡表面中心位置；同時使斐索干涉儀發出的He-Ne光經衰減濾光片、零度濾色片垂直照射到偏振分光鏡受激光照射區域，并可通過偏振分光鏡到達透射平面鏡。

ⅱ）透射空白測量

在光纖整形鏡片組前臨時放置擋光板，啟動斐索干涉儀，使其發出的He-Ne光照射到偏振分光鏡上，并經偏振分光鏡到達透射平面鏡，斐索干涉儀記錄偏振分光鏡受光照過程中的干涉條紋圖樣，計算機對圖樣進行處理。

ⅲ）透射波前熱畸變測量

移去擋光板，將固體激光器增加到要求的功率后，對固體激光照射下偏振分光鏡的透射波前熱畸變進行測量。

ⅳ）反射空白測量

步驟3）完成后，在光纖整形鏡片組前臨時放置擋光板，移去透射平面鏡，進行偏振分光鏡的反射空白測量。

ⅴ）反射波前熱畸變測量

移去擋光板，一分鐘后，進行偏振分光鏡反射波前熱畸變的測量。

所述θ角為45°。

本發明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置具有結構簡單，易于搭建，穩定性好和抗干擾能力強的特點，能夠在非接觸的條件下對激光照射下光學薄膜元件的波前畸變進行測量，并且在連續、單脈沖或重復脈沖激光照射的時候都能進行測量，應用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發明偏振分光鏡熱畸變的測量裝置的結構示意圖。

其中：

????1固體激光器????????2聚焦透鏡???????3能量光纖

????4光纖整形鏡片組????5分光棱鏡???????6透射平面鏡