專(zhuān)利名稱(chēng)：自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
自聚焦透鏡作為一種新型的光無(wú)源器件已在光纖通信領(lǐng)域里廣泛的應(yīng)用。在自聚焦透鏡研制與生產(chǎn)的過(guò)程中，要對(duì)產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)其中包括折射率分布、分辨率、數(shù)值孔徑、發(fā)散角和聚焦光斑的大小進(jìn)行精密的測(cè)量。這是檢驗(yàn)產(chǎn)品性能，保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。聚焦光斑的大小是影響自聚焦透鏡實(shí)際應(yīng)用的重要技術(shù)指標(biāo)。在用作光纖偶合、光盤(pán)讀寫(xiě)頭、微型光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，都要求聚焦光斑的大小在幾個(gè)μm的直徑范圍內(nèi)。并且聚焦光斑的大小在一定程度上反映了透鏡的分辨率和像差的大小。因此，聚焦光斑的大小直接反映了產(chǎn)品性能的優(yōu)劣。對(duì)它進(jìn)行精密準(zhǔn)確的測(cè)量有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)自聚焦透鏡精密測(cè)量的需要，提供一種自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，采用狹縫掃描光斑直接測(cè)量法，設(shè)計(jì)構(gòu)成聚焦光斑測(cè)量?jī)x，用于測(cè)量小于1/4聚焦周期的自聚焦透鏡。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，主要由光源、擴(kuò)束器、多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)、精密移動(dòng)狹縫、掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電感測(cè)微系統(tǒng)、光電探測(cè)系統(tǒng)、X-Y記錄儀和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。其位置關(guān)系如下擴(kuò)束器位于光源的激光發(fā)射光路的前方，擴(kuò)束器的前方設(shè)多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)，被測(cè)量的自聚焦透鏡被夾持在多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)上，在透鏡夾持裝置前設(shè)置精密移動(dòng)狹縫，電感測(cè)微系統(tǒng)的電感測(cè)頭與精密移動(dòng)狹縫相聯(lián)，它通過(guò)電感測(cè)微計(jì)連接X(jué)-Y記錄儀和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置連接控制精密移動(dòng)狹縫，在精密移動(dòng)狹縫的前方設(shè)置光電探測(cè)系統(tǒng)的激光功率測(cè)量頭，它通過(guò)激光功率測(cè)量計(jì)連接X(jué)-Y記錄儀和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
本測(cè)試儀所用的光源采用He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器。擴(kuò)束器采用帶可調(diào)光闌整型擴(kuò)束器。
所述的多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)由帶千分尺的精密移動(dòng)平臺(tái)和精密多維調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成，其上設(shè)有V型槽透鏡夾持裝置，用于夾持被測(cè)量的自聚焦透鏡。精密移動(dòng)狹縫安裝在一個(gè)帶千分尺的精密移動(dòng)平臺(tái)上，帶千分尺的精密移動(dòng)平臺(tái)連接由蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置、萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器、精密機(jī)械減速器和可逆伺服電機(jī)及掃描控制器組成的掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
本測(cè)試儀的工作原理是通過(guò)自聚焦透鏡的一束平行光線被匯聚在焦點(diǎn)上，狹縫垂直于光線在焦點(diǎn)附近移動(dòng)掃描，狹縫在不同的位置透過(guò)不同的光功率，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及位移測(cè)量后，光強(qiáng)信號(hào)及位置信號(hào)被送入記錄儀和計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到光斑直徑的參數(shù)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便實(shí)用、性能穩(wěn)定、精度高、量值傳遞可靠。其關(guān)鍵部件的都是利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，保證了可靠性，可以滿(mǎn)足自聚焦透鏡研制與批量生產(chǎn)的需要
圖1是本測(cè)試儀的構(gòu)造示意圖；圖2是被測(cè)自聚焦透鏡的的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1中1.光源，現(xiàn)用2mwHe-Ne激光器，也可以使用波長(zhǎng)650nm的半導(dǎo)體激光器(LD650A)2.帶可調(diào)光闌整型擴(kuò)束器
3.帶千分尺精密移動(dòng)平臺(tái)(PTS201M)4.精密多維調(diào)節(jié)裝置(PFC101)5.V型槽透鏡夾持裝置6.電感測(cè)量頭(DGC-8)7.精密移動(dòng)狹縫8.帶千分尺精密移動(dòng)平臺(tái)(PTS201M)9.激光功率測(cè)量頭(406-1A附件)10.蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置11.萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器12.精密機(jī)械減速器13.可逆伺服電機(jī)14.激光功率計(jì)(406-1A)15.掃描控制器16.電感測(cè)微計(jì)(DGB-5B)17.X-Y記錄儀(LZ3104)18.計(jì)算機(jī)19.自聚焦透鏡(Φ1.8mm×5.5mm)20.平行光束21.焦點(diǎn)參見(jiàn)圖1，本測(cè)試儀的構(gòu)造和工作原理如下用He-Ne激光器為光源1發(fā)出波長(zhǎng)632.8nm的一束激光，光束的直徑約為0.8mm。經(jīng)帶可調(diào)光闌整型擴(kuò)束器2將光束的直徑擴(kuò)展n倍，略大于自聚焦透鏡的直徑的平行光束。再經(jīng)光闌整型，成為與被測(cè)自聚焦透鏡外徑相當(dāng)?shù)囊皇叫泄狻U(kuò)束器2與光闌能夠匹配調(diào)節(jié)，可減小光功率損耗，適應(yīng)不同外徑自聚焦透鏡的測(cè)量。帶千分尺精密移動(dòng)平臺(tái)3、精密多維調(diào)節(jié)裝置4和V型槽透鏡夾持裝置5組成多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)。被測(cè)量的自聚焦透鏡19被夾持在多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的V型槽透鏡夾持裝置5上，調(diào)整多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)，使自聚焦透鏡19的軸線與光源的軸線嚴(yán)格保持平行，光源的截面與自聚焦透鏡19的端面吻合。光源以平行光束20穿過(guò)自聚焦透鏡19在另一端面外匯聚，形成焦點(diǎn)21，參見(jiàn)圖2。調(diào)節(jié)帶千分尺精密移動(dòng)平臺(tái)3，可以使焦平面的位置延透鏡的軸向精確移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦點(diǎn)及其附近的光束截面進(jìn)行分層掃描。多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)借用了精密光纖偶合器的技術(shù)，調(diào)節(jié)維度多達(dá)五維，可以很方便的找準(zhǔn)測(cè)量位置。蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置10、萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器11、精密機(jī)械減速器12和可逆伺服電機(jī)13及掃描控制器15組成在掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其中蝸輪與帶千分尺精密移動(dòng)平臺(tái)8連接，當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，精密移動(dòng)平臺(tái)8與組裝在上面的精密移動(dòng)狹縫7一道作直線移動(dòng)。萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器11主要作用是隔斷精密機(jī)械減速器12和可逆伺服電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)。掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由掃描控制器15控制，它接收計(jì)算機(jī)及手動(dòng)控制信號(hào)，同時(shí)接收電感測(cè)微計(jì)16反饋的掃描位置信號(hào)，控制掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的掃描方向和距離。精密移動(dòng)狹縫7在掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，垂直于自聚焦透鏡19的軸向精確移動(dòng)，對(duì)焦點(diǎn)21及其附近的光束截面進(jìn)行掃描。在上述機(jī)構(gòu)作用下，精密移動(dòng)狹縫7的移動(dòng)緩慢而精確，移動(dòng)速率可以控制在0.5μm/秒，使掃描穩(wěn)定而精確。精密移動(dòng)狹縫7的寬度小于0.1μm，滿(mǎn)足測(cè)量的靈敏度需要。電感測(cè)量頭6是一種測(cè)量微小位移的長(zhǎng)度計(jì)量傳感器，與精密移動(dòng)狹縫7同步運(yùn)動(dòng)，將精密移動(dòng)狹縫7的位移信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)電感測(cè)微計(jì)16放大處理后，供X-Y記錄儀17接入X軸輸入信號(hào)，并同時(shí)送入計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)18。電感測(cè)微系統(tǒng)的位移測(cè)量分辨率為0.03μm，直接給出500mV/μm的電信號(hào)，其精度可由長(zhǎng)度檢定用塊規(guī)進(jìn)行檢定。在狹縫掃描的過(guò)程中，穿過(guò)精密移動(dòng)狹縫7的光線照射在激光功率測(cè)量頭9上。激光功率測(cè)量頭9的受光面積大于2cm2，無(wú)論光線以什么方式通過(guò)其能量都激光功率測(cè)量頭9所接受，光能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)激光功率計(jì)14放大處理后，供X-Y記錄儀17接入Y軸輸入信號(hào)，并同時(shí)送入計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)18。光電探測(cè)系統(tǒng)的靈敏度小于100nw。穿過(guò)自聚焦透鏡19的光線被匯聚在焦點(diǎn)21附近，其能量也高度集中。當(dāng)狹縫掃描經(jīng)過(guò)此點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)波峰相對(duì)最高，波束較窄的曲線。偏離焦點(diǎn)波峰將變低，波束也將變寬。經(jīng)過(guò)多次分層掃描，便可測(cè)得最大波峰值。由X-Y記錄儀17坐標(biāo)紙上繪制的曲線，通過(guò)計(jì)算得到聚焦光斑的直徑，或通過(guò)計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)18直接給出數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，其特征在于它由光源(1)、擴(kuò)束器(2)、多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)(3、4)、精密移動(dòng)狹縫(7)、掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電感測(cè)微系統(tǒng)、光電探測(cè)系統(tǒng)、X-Y記錄儀(17)和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(18)構(gòu)成；擴(kuò)束器(2)位于光源(1)的激光發(fā)射光路的前方，擴(kuò)束器(2)的前方設(shè)多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)(3、4)，被測(cè)量的自聚焦透鏡被夾持在多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)的V型透鏡夾持裝置(5)上，在透鏡夾持裝置(5)前設(shè)置精密移動(dòng)狹縫(7)，電感測(cè)微系統(tǒng)的電感測(cè)頭(6)與精密移動(dòng)狹縫(7)相聯(lián)，它通過(guò)電感測(cè)微計(jì)(16)連接X(jué)-Y記錄儀(17)和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(18)，掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置連接控制精密移動(dòng)狹縫(7)，在精密移動(dòng)狹縫(7)的前方設(shè)置光電探測(cè)系統(tǒng)的激光功率測(cè)量頭(9)，它通過(guò)激光功率計(jì)(14)連接X(jué)-Y記錄儀(17)和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，其特征在于光源采用He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，其特征在于擴(kuò)束器(2)采用帶可調(diào)光闌整型擴(kuò)束器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，其特征在于多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)由帶千分尺的精密移動(dòng)平臺(tái)(3)和精密多維調(diào)節(jié)裝置(4)構(gòu)成，其上設(shè)有V型槽透鏡夾持裝置(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，其特征在于精密移動(dòng)狹縫(7)安裝在一個(gè)帶千分尺的精密移動(dòng)平臺(tái)(8)上，帶千分尺的精密移動(dòng)平臺(tái)(8)連接由蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置(10)、萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器(11)、精密機(jī)械減速器和可逆伺服電機(jī)(13)及掃描控制器(15)組成的掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
專(zhuān)利摘要自聚焦透鏡聚焦性能測(cè)試儀，主要由光源、擴(kuò)束器、多維精密調(diào)節(jié)移動(dòng)臺(tái)、精密移動(dòng)狹縫、掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電感測(cè)微系統(tǒng)、光電探測(cè)系統(tǒng)、X－Y記錄儀和計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。它通過(guò)自聚焦透鏡的一束平行光線被匯聚在焦點(diǎn)上，狹縫垂直于光線在焦點(diǎn)附近移動(dòng)掃描，狹縫在不同的位置透過(guò)不同的光功率，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及位移測(cè)量后，光強(qiáng)信號(hào)及位置信號(hào)被送入記錄儀和計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到光斑直徑的參數(shù)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便實(shí)用、性能穩(wěn)定、精度高、量值傳遞可靠。其關(guān)鍵部件的都是利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，保證了可靠性，可以滿(mǎn)足自聚焦透鏡研制與批量生產(chǎn)的需要。
文檔編號(hào)G01M11/02GK2704038SQ0324973
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者劉曉東, 劉德森 申請(qǐng)人:西南師范大學(xué)