[發明專利]一種自動對準的雙模式波前傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 201310524878.0
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103557947A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王琦龍;趙健;黃倩倩;翟雨生
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種自動對準的雙模式波前傳感器及測量方法，屬于光學檢測技術。

背景技術

目前，市場上的波前傳感器主要是夏克-哈特曼波前傳感器，橫向剪切干涉儀和曲率波前傳感器。由于哈特曼波前傳感器具有較寬的波長范圍，高靈敏度，對振蕩不敏感等優點，在人眼波前像差探測、高功率波前像差檢測和各種光束質量綜合檢測等領域具有廣泛應用。傳統的哈特曼波前傳感器由微透鏡陣列和光電探測器組成。當一束平行光過來，微透鏡陣列會對波前進行均勻分割，在光電傳感器上產生光斑陣列，每個光斑都在相應子透鏡的光軸上；若一束帶有波前畸變的光過來，光斑會相對于標準平行光的光斑發生相對變化。光電傳感器會感知這些變化，并且會根據這些變化，計算出畸變波前的波前斜率。

傳統的哈特曼波前傳感器的動態測量范圍是由微透鏡陣列的子透鏡的天光孔徑和焦距決定的，當畸變波前的畸變較大時，有些聚焦光斑會超出其對應的子區域范圍，進而造成識別誤差，對測量精度產生影響。所以傳統的夏克-哈特曼波前傳感器在分辨率和動態測量范圍方面仍存在很大的問題，靈敏度與動態范圍的對應關系缺乏靈活性。同時，現有的夏克哈特曼波前傳感器的檢測精度過度依賴于微透鏡陣列的質量和數量，由于微透鏡陣列生產成本很高，這就導致了哈特曼波前傳感器的高成本。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種結構簡單、性能穩定、價格低廉的自動對準的雙模式波前傳感器，基于傳統哈特曼波前傳感器的技術并提升其動態測量范圍和測量精度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種自動對準的雙模式波前傳感器，包括擴束比小于1的大口徑準直系統、半透明反射鏡和雙模式哈特曼波前傳感器，所述雙模式哈特曼波前傳感器包括微透鏡陣列哈特曼波前傳感器和微柱狀透鏡陣列哈特曼波前傳感器；所述半透明反射鏡設置在準直系統的輸出光信號的光路上，穿過半透明反射鏡的光作為微透鏡陣列哈特曼波前傳感器的入射光，被半透明反射鏡反射的光作為微柱狀透鏡陣列哈特曼波前傳感器的入射光；同時采用了微透鏡陣列哈特曼波前傳感器和微柱狀透鏡陣列哈特曼雙模式的波前傳感器，能夠提高檢測精度。

所述的自動對準的雙模式哈特曼波前傳感器，采用基于微透鏡陣列哈特曼波前傳感器和微柱狀透鏡陣列哈特曼波前傳感器雙模式結構，可提供數據對比，提高檢測精度。

具體的，所述準直系統包括一級拋物面反射鏡、二維旋轉平臺和二級拋物面反射鏡，待測波前經一級拋物面反射鏡反射至二級拋物面反射鏡，從二級拋物面反射鏡反射出的光作為準直系統的輸出光信號；所述二級拋物面反射鏡設置在二維旋轉平臺上，所述二維旋轉平臺調節二級拋物面反射鏡在一個平面內做二維移動，所述平面垂直于準直系統的輸出光信號的光軸，以便使得光電傳感器最大限度的采集波前信息，即使得微透鏡陣列哈特曼波前傳感器和微柱狀透鏡陣列哈特曼波前傳感器能夠最大限度地采集波前信息。

具體的，所述微透鏡陣列哈特曼波前傳感器包括依次設置的一級一維周期幅度光柵、一級擋板、微透鏡陣列和一級光電傳感器，所述一級光電傳感器位于微透鏡陣列的焦面上；所述微透鏡陣列通光孔徑內的子透鏡沿行、列方向零間隙排布，所述一級擋板為設置有周期性透光條縫的擋板，所述透光條縫的方向與子透鏡的列方向、一級一維周期幅度光柵的條縫方向一致，且一級擋板的透光條縫的寬度為一列子透鏡的寬度，相鄰兩條透光條縫間的不透光條縫的寬度為N列子透鏡的寬度，所述N為自然數，一級擋板可垂直于透光條縫方向移動，而一級一維周期幅度光柵、微透鏡陣列和一級光電傳感器之間的間距保持不變。

優選的，所述微透鏡陣列通光孔徑內的子透鏡為行、列數目均大于20的方陣。

具體的，所述微柱狀透鏡陣列哈特曼波前傳感器包括依次設置的二級一維周期幅度光柵、二級擋板、微柱狀透鏡陣列和二級光電傳感器，所述二級光電傳感器位于微柱狀透鏡陣列的焦面上；所述微柱狀透鏡陣列通光孔徑內的柱狀透鏡零間隙并排排布，所述二級擋板為設置有周期性透光條縫的擋板，所述透光條縫的方向與柱狀透鏡長度方向、二級一維周期幅度光柵的條縫方向一致，所述二級擋板的周期、材料和厚度等與一級擋板完全相同，二級擋板可垂直于透光條縫方向移動；所述微柱狀透鏡陣列與微透鏡陣列的列數、列寬、表面曲率、材料、厚度和透光率均相同。

一種自動對準的雙模式波前傳感器的測量方法，包括如下步驟：

（1）準直系統的輸出光信號射入半透明反射鏡，穿過半透明反射鏡的光作為微透鏡陣列哈特曼波前傳感器的入射光，被半透明反射鏡反射的光作為微柱狀透鏡陣列哈特曼波前傳感器的入射光；