一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法及装置

本发明属于光电子及激光，更具体地，涉及一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法及装置。

背景技术：

1、激光高速扫描系统在激光刻线、成像和光刻等技术领域中已得到广泛的应用，目前主要的激光高速扫描方式可以分为两类，一类是基于反射镜的机械扫描仪，主要包括振镜扫描(galvo-scanners)、压电扫描(piezo scanner)；第二类是基于光学的固态偏转器，主要包括声光偏转器(aod)和电光偏转器(eod)。

2、传统的基于反射镜的机械扫描方式由于反射镜的机械运动和回差误差，影响了高精度制造中光束定位的精度和重复性，因此其偏转角速度基本上受限于与转镜和其他运动部件的质量相关的惯性。相比之下，声光偏转器和电光偏转器不含有任何机械运动部件，因此不存在与机械扫描仪相关的磨损、机械噪声和漂移等缺点，可以不受机械惯性影响高精度地偏转激光束，具有扫描速度快、精度高、响应时间短和随机访问扫描等诸多优点，已广泛应用在激光直写系统中。

3、为了有效评估声光偏转器(aod)和电光偏转器(eod)的扫描精度，需要采用精密的小角度测量方法对其进行量化。随着激光工业加工以及光子成像等领域的快速发展，对声光偏转器(aod)和电光偏转器(eod)的扫描精度要求日益提升，因此传统的光束偏转角度精密测量方法，如基于ccd的直接测量法、自准直法和双镜反射法存在如下问题：(1)基于ccd的直接测量法操作复杂，测量成本高，易受环境杂散光的影响，其精度受到像元尺寸和相机透镜焦距的限制，因此具有局限性，难以达到声光偏转器(aod)和电光偏转器(eod)等高精度扫描器件的精度要求；(2)自准直法成像光路较为复杂，难以调整，且测量距离一般较短，此外自准直法通常需要事先进行精确的校准和调整，因此难以适应动态变化的测量场景；(3)双镜反射法对反射镜表面质量要求高，因此制造成本较高，此外，双镜反射法需要反射镜的精确安装和调试，以确保反射镜和光源的位置和角度精确对齐，因此安装和调试过程相对困难，该方法的精度同样受到测量距离和角度范围的限制，因此实用性不高。(4)测量分辨率均不足(>2μrad)，无法与声光偏转器(aod)和电光偏转器(eod)的高扫描精度(≤0.2μrad)相匹配。

4、因此，现有技术中对偏转器的小角度测量方法存在的测量方法操作复杂，测量成本高，测量精度较低的问题。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法及装置，旨在解决现有技术中对偏转器的小角度测量方法存在的测量方法操作复杂，测量成本高，测量精度较低的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法，包括：

3、激光光源发出的激光依次经过待测偏转器和起偏器，得到线偏振光；

4、所述线偏振光以预设角度射入电光晶体，分解得到o光和e光，并产生相位延迟；

5、分解得到的o光和e光经过检偏器后发生干涉，生成的干涉光被光电探测器接收；

6、转动所述电光晶体，直到所述光电探测器接收到的光斑强度最大，记录第一入射视场角度；

7、所述待测偏转器以扫描步长进行扫描，直到所述光电探测器接收到的光斑强度为0，记录第二入射视场角度；

8、统计光斑强度从最大变化到0过程中，所述光电探测器接收到的可分辨的光斑的数量，根据所述第一入射视场角度和第二入射视场角度的差除以光斑的数量，计算得到所述待测偏转器件的扫描精度。

9、可选的，在所述激光光源发出的激光依次经过待测偏转器和起偏器之前，还包括：

10、激光光源发出的激光经过准直透镜进行准直，得到基准光束。

11、可选的，所述预设角度为入射的线偏振光与电光晶体光轴的夹角，所述预设角度为5°。

12、可选的，所述相位延迟为：

13、

14、其中，l为电光晶体厚度，no、ne分别为o光的主折射率和e光的主折射率，ω为预设角度。

15、可选的，所述干涉光的光强为：

16、

17、其中，a1为入射的线偏振光的振幅，θ为e光的电位移方向在xy平面内的投影方向de与起偏器的起偏方向p1的夹角，ao2和ae2分别为o光和e光经过检偏器后的振幅。

18、可选的，当δ＝2kπ时，干涉条纹为亮条纹,光电探测器上接收到的光斑强度最大；

19、当δ＝(2k+1)π时，干涉条纹为暗条纹,光电探测器上接收到的光斑强度为0；其中，k代表干涉级次，k＝0，1，2，3，4，……。

20、可选的，所述待测偏转器为声光偏转器或电光偏转器，若为声光偏转器，则基准光束与声光偏转器的零级衍射方向重合。

21、第二方面，本发明还提供了一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的装置，用于执行如第一方面中任一所述的方法，包括：沿光路依次设置的激光光源、准直透镜、待测偏转器、起偏器、电光晶体、检偏器和光电探测器；

22、所述准直透镜用于准直所述激光光源发出的激光，得到基准光束；

23、所述待测偏转器用于将所述基准光束进行小角度的偏转；

24、所述起偏器用于将入射的光束转变为线偏振光；

25、所述电光晶体用于将入射的线偏振光分解得到o光和e光，并产生相位延迟；

26、所述检偏器用于透过预设方向的o光和e光，生成的干涉光；

27、所述光电探测器用于接受干涉光生成的光斑。

28、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

29、1、本发明提供的一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法，采用的测量装置的光路简单，易于调整，有利于实际应用；利用了电光晶体的双折射特性，让偏转光以不同角度入射到电光晶体产生不同大小的相位差，使光电探测器接收到高对比度的光强，从而测量偏转器件的精度；测量精度不受测量范围和光电探测器像素分辨率的影响，因此可保证测量范围较大时，有高的分辨率。

30、2、本发明提供的一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法，可根据所测量的待测偏转器件的扫描精度来调整系统的测量精度，使系统的测量精度与待测偏转器件的扫描精度相匹配，增加了实际可行性；测量的偏转器件为声光偏转器或电光偏转器，适用范围广。

31、3、本发明提供的一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法，该方法的精度不会受到测量距离和角度范围的限制，因此无需进行精确的安装与调试，只需调整电光晶体的角度来改变偏转光进入电光晶体的初始视场角，因此操作简单，实用性强。

技术特征：

1.一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述激光光源发出的激光依次经过待测偏转器和起偏器之前，还包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设角度为入射的线偏振光与电光晶体光轴的夹角，所述预设角度为5°。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相位延迟为：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干涉光的光强为：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当δ＝2kπ时，干涉条纹为亮条纹,光电探测器上接收到的光斑强度最大；

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测偏转器为声光偏转器或电光偏转器，若为声光偏转器，则基准光束与声光偏转器的零级衍射方向重合。

8.一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的装置，用于执行如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，包括：沿光路依次设置的激光光源、准直透镜、待测偏转器、起偏器、电光晶体、检偏器和光电探测器；

技术总结
本发明公开了一种基于锥光干涉的小角度偏转精度测量的方法及装置。该方法包括：激光光源发出的激光依次经过待测偏转器和起偏器，得到线偏振光；线偏振光以预设角度射入电光晶体，分解得到o光和e光，并产生相位延迟；o光和e光经过检偏器后发生干涉，生成的干涉光被光电探测器接收；转动电光晶体，直到光斑强度最大，记录第一入射视场角度；待测偏转器以扫描步长进行扫描，直到光斑强度为0，记录第二入射视场角度；统计光斑强度从最大变化到0过程中，光电探测器接收到的可分辨的光斑的数量，根据第一入射视场角度和第二入射视场角度的差除以光斑的数量，计算得到待测偏转器件的扫描精度。实现测量方和测量装置简单，测量精度高的效果。

技术研发人员：朱广志,马翔宇,曾远航,何梓键,孙圣开
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15