刀口法测量光束平行性的检测方法及其装置与流程

本发明属于激光光束的检测技术领域，具体涉及刀口法测量光束平行性的检测方法及装置。

背景技术：

光学系统的光束平行性对聚焦光斑具有一定的影响，同时也会影响光学系统的成像质量。因此，光束平行性的检测已经研究了几十年，截至目前仍然是光学检测领域中的热点研究问题。随着科学技术的发展，光学仪器与装置在性能上有很大的提高，对于光学仪器系统的光束平行性,提出了更高的要求。

目前,国内外已经对光学系统光束平行性的检测有了一定的研究。常用的检测方法有夏克-哈特曼法,其原理简单,便于操作,测量结果可靠。缺点在于测量较大口径时,光路中使用的光阑造价高且制作困难，不适用于一般光学系统的光束检测。剪切干涉法需要引入大小与被检系统口径相当的剪切板。五棱镜法其优点是测量精度高，缺点是受口径大小影响。

技术实现要素：

为了克服现有检测方法的不足，本发明提出一种光学检测方法及装置，结构简单，易于操作，对测量光束范围和光斑尺寸没有限制，通用性强，对环境要求低，可对激光光束的平行性进行有效检测。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种测量光束平行性的检测方法，包括下述步骤，使用刀口沿垂直于光束的方向对光束的至少两个位置进行横向切割，对每一个位置进行切割时，缓慢移动刀口，观察光束的变化，并且纪录光束恰好刚被遮挡、恰好完全被遮挡两种情况下刀口的位置信息，通过计算得到光束的发散角，实现对光束平行性的检测。

为了实现上述方法，本发明提供一种测量光束平行性的检测装置，包括沿光轴设置的激光器、扩束准直系统及光功率计，还包括扩束准直系统及光功率计之间的测试组件，所述测试组件包括刀口和安装刀口的导轨，所述刀口垂直于光轴在导轨上运动，所述导轨上设置有螺旋测微器，具有精确定位及锁紧功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明方法简单易行，通用性强：普通操作人员均可通过本发明方法实现有效的测量，对于不同光斑尺寸、不同测量范围的光束均能检测。

2、装置结构简单，本发明提供的装置不依赖昂贵的光学系统，操作简单，易于掌握，且对环境要求低。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种测量光束平行性的检测装置示意图。

图2为本发明实施例提供的刀口与光斑相对位置示意图。

图3为本发明实施例对激光光束的发散角计算原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本发明实施例还提供一种测量光束平行性的检测方法，该方法为:通过对激光通过扩束准直之后得到的光束进行检测，使用刀口对光束不同位置进行切割，观察光功率计的读数变化。分别得到恰好遮挡到光束时刀口的位置及恰好完全遮挡光束时刀口的位置，根据刀口的位置坐标计算得到激光光束的发散角。

本发明实施例提供一种测量光束平行性的检测装置，如图1所示，激光器、扩束准直系统、光功率计沿x轴方向，也就是光轴方向上分布；安装刀口的高精度导轨沿z轴方向上分布，高精度导轨带动刀口沿z轴方向运动，用作刀口的移动及定位，并能准确地得到刀口移动的位置坐标。

所说刀口要能够实现对光束进行切割，刀口的尺寸没有限定要求。

实施例1：

一种测量激光光束平行性的测量方法，依次包括如下步骤：

第一步，按照图1的测量原理示意图搭建实验系统，x轴方向上，注意让系统中的光学元件保持与光轴同轴；z轴方向上，安装高精度的导轨，确保刀口沿z轴方向移动，并且具有锁紧功能，能够使刀口准确定位。

第二步，当刀口处于图1中的a位置时，首先，记录刀口不遮挡光束时光功率计的读数；然后，沿z轴方向缓慢移动刀口，观察光功率计的变化，当光功率计读数变化的瞬时，此时刀口恰好遮挡到光束，记录螺旋测微器的示数z1,即刀口的位置(即图2中的位置1)。继续沿z轴方向缓慢移动刀口，并观察光功率计的读数变化，当读数变化为与未遮挡前光功率计读数相同的瞬时，此时刀口恰好完全遮挡光束，记录螺旋测微器的示数z2，即刀口的横向移动量(刀口的位置坐标)，参见图2中的位置2。

第三步，沿x轴方向移动刀口的位置，如图1所示a1位置，并记录刀口的横向移动量(刀口的位置坐标)，重复上述步骤二。记录刀口恰好遮挡到光束时，螺旋测微器的示数z1′，以及刀口恰好完全遮挡光束时，螺旋测微器的示数z2′。

第四步，参见图3，根据光线的几何关系计算光束的发散角。

ω2＝z2-z1，ω1＝z2′-z1′，

即发散角为：

其中，θ为光束的发散角，ω1、ω2为刀口在a1、a处切割光束时的移动距离，δ为刀口从a处移动到a1处的横向移动量。

实施例2：

与实施例1不同的是，步骤三中，再增加一个测量位置，即a1测量完毕后，再沿x轴方向移动刀口的位置，如图1所示a2位置，并记录刀口的横向移动量(刀口的位置坐标)，重复上述步骤二。记录刀口恰好遮挡到光束时，螺旋测微器的示数z1″，以及刀口恰好完全遮挡光束时，螺旋测微器的示数z2″。

ω3＝z2″-z1″，

即发散角为：

其中，θ为光束的发散角，ω3为刀口在a2处切割光束时的移动距离，δ1为刀口从a处移动到a2处的横向移动量。

对光束的不同位置进行多次切割、多次测量可使得测量结果更加精确。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种测量光束平行性的方法及其装置，该方法如下：使用刀口沿垂直于光束的方向对光束的至少两个位置进行横向切割，对每一个位置进行切割时，缓慢移动刀口，观察光束的变化，并且纪录光束恰好刚被遮挡、恰好完全被遮挡两种情况下刀口的位置信息，通过计算得到光束的发散角，实现对光束平行性的检测。本发明方法简单易行，通用性强：普通操作人员均可通过本发明方法实现有效的测量，对于不同光斑尺寸、不同测量范围的光束均能检测；装置结构简单，本发明提供的装置不依赖昂贵的光学系统，操作简单，易于掌握，且对环境要求低。

技术研发人员：田爱玲;刘佳妮;刘丙才;朱学亮;王红军;王春慧
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：2017.04.14
技术公布日：2017.08.04