[發明專利]基于光纖耦合的光斑檢測方法和系統

有效

• 申請號: 201711127675.2
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107991062B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 何鋒赟;曾飛;趙楠;胡玥;董健;劉韜
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

技術領域

本發明涉及光學測量領域，尤其涉及一種基于光纖耦合的光斑檢測系統及方法。

背景技術

隨著激光、LED等光源技術的發展，光斑檢測成為了光學檢測的重要一環。在工業界應用最廣泛的光斑檢測方法是狹縫法，這種方法具有速度快和精度高等特點，但是這種方法一般只適用于高斯光束，對于光強變化劇烈的光斑(如光學系統的點擴散函數)則不適用。同時，狹縫法引入的斬波元件和掃描裝置也限制了它的應用范圍。

目前，實驗室檢測光學系統點擴散函數，大多數是通過顯微鏡來進行輔助測量。由于顯微鏡自身存在像差，將給光斑檢測過程中帶來額外的誤差，導致測量數據不精準。此外，顯微鏡體積大，占用空間較多，在很多場合不適合使用，應用范圍有限。

發明內容

為此，需要提供一種基于光纖耦合的光斑檢測的技術方案，用以解決目前的檢測方法對于光強變化劇烈的光斑進行檢測時，存在的誤差大、應用范圍有限等問題。

為實現上述目的，發明人提供了一種基于光纖耦合的光斑檢測系統，所述光斑檢測系統通過掃描的方式檢測光斑的形狀，包括光源、掃描裝置、光纖以及光電探測器；所述光源用于發出輸入光束，掃描裝置、光纖、光電探測器沿光路方向依次設置；所述掃描裝置用于驅使光纖對光斑進行連續掃描，所述光纖用于接收傳輸的光能量，所述光電探測器用于記錄耦合能量值，光斑的形狀和能量分布由耦合能量值進行反卷積運算得到。

進一步地，所述系統還包括待檢光學系統，所述待檢光學系統設置于光路上，所述掃描裝置設置于待檢光學系統之前或之后，所述光纖設置于待檢光學系統之后；

所述待檢光學系統用于將光束經過第一變換后并輸出到光纖端面。

進一步地，所述第一變換包括擴束、準直、會聚中的一種或多種。

進一步地，所述輸入光束根據待檢光學系統確定。

發明人還提供了一種基于光纖耦合的光斑檢測方法，所述方法應用于基于光纖耦合的光斑檢測系統，所述光斑檢測系統通過掃描的方式檢測光斑的形狀，包括光源、掃描裝置、光纖以及光電探測器；所述光源、掃描裝置、光纖、光電探測器沿光路方向依次設置；所述方法包括以下步驟：

光源發出輸入光束，掃描裝置驅使光纖對光斑進行連續掃描，光纖接收傳輸的光能量；

光電探測器記錄耦合能量值，光斑的形狀和能量分布由耦合能量值進行反卷積運算得到。

進一步地，所述系統還包括待檢光學系統，所述待檢光學系統設置于光路上，所述掃描裝置設置于待檢光學系統之前或之后，所述光纖設置于待檢光學系統之后；所述方法還包括步驟：

待檢光學系統將光束經過第一變換后并輸出到光纖端面。

進一步地，所述第一變換包括擴束、準直、會聚中的一種或多種。

進一步地，所述輸入光束根據待檢光學系統確定。

發明人還提供了一種基于光纖耦合的光斑檢測系統所述光斑檢測系統通過掃描的方式檢測光斑的形狀，包括光源、掃描裝置、待檢光學系統、反射鏡以及光電探測器；所述光源、反射鏡、待檢光學系統、光電探測器沿光路依次設置；所述光電探測器上設置有光束限制元件；

所述光源用于發出輸入光束，所述反射鏡用于將光束反射至待檢光學系統，所述待檢光學系統用于將光束經過第一變換后并輸出到光電探測器；

所述掃描裝置設置于光電探測器位置，用于驅使光電探測器移動，以使得光束限制元件對光斑進行連續掃描，所述光束限制元件用于限制耦合的光能量；

所述光電探測器用于記錄耦合能量值，光斑的形狀和能量分布由耦合能量值進行反卷積運算得到。

進一步地，所述光束限制元件包括圓形孔徑。

上述技術方案的基于光纖耦合的光斑檢測系統及方法，所述光斑檢測系統通過掃描的方式檢測光斑的形狀，包括光源、掃描裝置、光纖以及光電探測器；所述光源用于發出輸入光束，掃描裝置、光纖、光電探測器沿光路方向依次設置；所述掃描裝置用于驅使光纖對光斑進行連續掃描，所述光纖用于接收傳輸的光能量，所述光電探測器用于記錄耦合能量值，光斑的形狀和能量分布由耦合能量值進行反卷積運算得到。本發明利用光纖對光斑進行掃描，獲取光斑的能量分布，與現有技術相比，具備以下特點：

1)本發明可以不使用成像方法檢測光學系統的點擴散函數，免去了檢測系統對于成像器件的依賴，適用于成像和非成像檢測領域；

2)本發明與狹縫法等現有技術相比，計算光斑所采用的反卷積算法可以獲得更高的精度，并且檢測精度不受光纖芯徑的限制；

3)本發明的檢測方法不需要對光學系統進行更改，檢測設備體積小重量輕，使用范圍更加廣泛；