[發明專利]一種基于波前測量的晶體折射率非均勻性測量方法

在審

• 申請號: 202211344938.6
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115598091A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 孫曉萌;張雪潔;朱健強;陶華;張強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于波前測量的晶體折射率非均勻性測量方法，激光器發出的光經過起偏器、擴束器后由聚焦透鏡聚焦，再經檢偏器形成探測光，通過掃描衍射物體，在遠場光斑探測器上記錄衍射斑。將待測晶體緊貼放置在聚焦透鏡前面，通過調整起偏器和檢偏器的偏振方向并分別記錄衍射斑，得到o光和e光以及背景光的相位分布。本發明將PIE相位恢復技術與偏振測量相結合，通過相位恢復，根據得到的o光和e光的相位，求出晶體e光折射率非均勻性測量結果，提升了測量的采樣分辨率。該方法具有結構簡單、環境適應性強、測量分辨率及精度高等優點，對所用透鏡等元件精度要求低，尤其適用于大口徑晶體的檢測。

技術領域

本發明涉及晶體折射率非均勻性測量領域，特別是一種利用PIE相位恢復技術進行波前測量的晶體折射率非均勻性測量方法。

背景技術

晶體作為頻率轉換及相位調制元件，廣泛應用于各種激光系統中。晶體材料折射率的空間非均勻分布會導致晶體局部存在相位失配，影響到晶體的轉換效率等指標，并最終對系統的輸出性能產生至關重要的影響。而晶體在生長過程中由于雜質缺陷、自身重力、裝配應力以及溫度變化等因素，不可避免地會出現折射率空間分布的不均勻。因此需要對晶體材料的折射率非均勻性進行精確測量，以選擇合適的晶體材料進行加工。

目前，對晶體折射率空間分布測量的方法主要有兩種，一種采用單點掃描的方式，逐線測量，也就是晶體定位測試系統(CATS)；另一種則是正交偏振干涉(OPI)測量技術，利用激光干涉儀獲得不同偏振態下晶體的透過波前，通過差異分析得出晶體折射率分布的非均勻性。OPI方法雖然測量精度高，但易受環境振動及氣流影響，而且對光路中透鏡、參考鏡等元件要求高。該方法也對晶體表面加工質量提出了極高要求，無法在精密加工完成前判斷其均勻性是否滿足要求，降低了工作效率。因此對晶體折射率非均勻性測量方法的研究具有十分重要的意義。

發明內容

本發明針對上述晶體折射率非均勻性測量的問題，提出了一種基于波前測量的晶體折射率非均勻性測量方法，將PIE定量相位測量技術與偏振測量相結合，調整入射光偏振狀態，分別測量晶體以及背景光的波前分布，利用四組數據重建出的近場相位獲得晶體折射率非均勻性。該方法具有結構簡單、環境適應性強、測量分辨率及精度高等優點，對所用透鏡等元件精度要求低，尤其適用于大口徑晶體的檢測。本發明利用相干衍射相位恢復技術降低了對晶體表面拋光質量的要求，晶體只需經過檢測性拋光即可進行測量判斷均勻性，提高了加工效率。

本發明采用的技術解決方案如下：

一種基于波前測量的晶體折射率非均勻性的檢測方法，其特點在于，該方法包括以下步驟：

步驟1)構建檢測光路：

放置激光器，并沿該激光器的輸出光方向依次放置起偏器、擴束器、聚焦透鏡、檢偏器、衍射物體和光斑探測器；所述的衍射物體固定在二維電動位移臺上，所述的光斑探測器和二維電動位移臺分別與計算機相連；所述的檢偏器位于所述的聚焦透鏡的焦點附近，所述聚焦透鏡到衍射物體的距離z₀，衍射物體到聚焦透鏡焦點的距離z₁，衍射物體到光斑探測器的距離z₂；

步驟2)打開激光器，調整起偏器和檢偏器的角度，使兩個偏振片的偏振方向均為待測晶體o光的方向；所述計算機控制二維電動位移臺，使衍射物體在垂直于光軸平面內進行M行N列移動掃描，且掃描步長小于入射光直徑；利用光斑探測器記錄o光方向背景光的衍射光斑序列I₁，并存儲于計算機中；

步驟3)將待測晶體靠近聚焦透鏡垂直放置在平行入射光束中；所述計算機控制二維電動位移臺，使衍射物體在垂直于光軸平面內進行M行N列移動掃描，且掃描步長小于入射光直徑；利用光斑探測器記錄o光方向下探測光的衍射光斑序列I₂，并存儲于計算機中；