一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量β因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光束光束質(zhì)量測量校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于CCD遠(yuǎn)場法光 束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)與校準(zhǔn)方法，適用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng) 的校準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光束質(zhì)量是評價激光束性能的主要技術(shù)指標(biāo)之一。光束質(zhì)量評價參數(shù)有多種，其 中0因子是普遍采用的一種評價參數(shù)，在激光器研制或應(yīng)用領(lǐng)域，通常采用CCD遠(yuǎn)場法對 激光器輸出光束質(zhì)量0因子進(jìn)行準(zhǔn)確測量，它具有測量方法簡單、并且可實(shí)時獲得遠(yuǎn)場光 斑空間光強(qiáng)分布的優(yōu)點(diǎn)。目前，國內(nèi)外還沒有光束質(zhì)量0因子測量的標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)品，主要 由自研完成，影響CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量結(jié)果準(zhǔn)確性的因素較多，包括CCD探測 器性能參數(shù)（像元尺寸、祀面尺寸、線性動態(tài)范圍、面響應(yīng)均勻性等）、聚焦光學(xué)系統(tǒng)面形誤 差W及計(jì)算軟件處理算法等，測量模型明顯呈非線性，各因素之間相互影響關(guān)系也比較復(fù) 雜，難W采用不確定度傳遞律進(jìn)行評定；同時，國內(nèi)外目前尚缺乏光束質(zhì)量0因子測量的 計(jì)量校準(zhǔn)能力，也沒有提出相應(yīng)的校準(zhǔn)方法?，F(xiàn)有研究工作主要集中在激光光束質(zhì)量評價 參數(shù)和測量方法上，如《高能非穩(wěn)腔激光器光束質(zhì)量評價的探討》（劉澤金，中國激光，1998 年，第25卷第3期；193~196頁）介紹了光束質(zhì)量0因子及其測量方法；對于CCD探測 器器件性能、光學(xué)系統(tǒng)面形誤差的影響也有一些研究，如《光學(xué)器件面形誤差對光束質(zhì)量的 影響》（萬敏，光學(xué)學(xué)報(bào)，2002年，第22卷第4期；495~500頁）、《CCD光電響應(yīng)非線性特 性對激光遠(yuǎn)場焦斑測量及光束質(zhì)量計(jì)算的影響》（賀元興，中國激光，2012年，第39卷第4 期；0408001)等，該些研究為光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)提供了指導(dǎo)依據(jù)，但無法 滿足光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)高精度計(jì)量校準(zhǔn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng) 校準(zhǔn)能力的問題，本發(fā)明提供一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)，本發(fā) 明的另一個目的是提供一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] 一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括前期校準(zhǔn)系統(tǒng)和后期 校準(zhǔn)系統(tǒng)，
[0006] 所述前期校準(zhǔn)系統(tǒng)中平行光源的光經(jīng)過可變像質(zhì)裝置進(jìn)入激光干設(shè)儀；
[0007] 所述后期校準(zhǔn)系統(tǒng)中平行光源的光經(jīng)過可變像質(zhì)裝置進(jìn)入被校準(zhǔn)光束質(zhì)量0因 子測量系統(tǒng)。
[000引在上述技術(shù)方案中，所述的可變像質(zhì)裝置包括組合透射像差板、圓環(huán)遮攔和固定 支座；所述組合透射像差板與圓環(huán)遮攔設(shè)置在固定支座上，圓環(huán)遮攔設(shè)置在組合透射像差 板與平行光源之間。
[0009] 在上述技術(shù)方案中，所述的組合透射像差板包括若干塊透射像差板，組合透射像 差板波前崎變對應(yīng)的光束質(zhì)量在被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)校準(zhǔn)范圍內(nèi)。
[0010] 在上述技術(shù)方案中，所述的透射像差板包括像差鏡、鏡框；其中像差鏡設(shè)置在鏡框 中。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，像差鏡的有效口徑不小于被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)使 用口徑，0°角透射使用；鏡框的有效口徑與像差鏡相同，并具有角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，所述的圓環(huán)遮攔的外環(huán)與內(nèi)環(huán)同屯、，根據(jù)被校光束質(zhì)量0因 子測量系統(tǒng)中屯、遮攔尺寸的改變對圓環(huán)遮攔的外環(huán)與內(nèi)環(huán)進(jìn)行尺寸改變。
[0013] 在上述技術(shù)方案中，所述固定支座具有俯仰角、方位角精密調(diào)節(jié)功能。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，所述的平行光源工作波長與被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng) 工作波長相同，輸出光束口徑不小于被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)使用口徑，輸出光束波 前崎變PV值小于A/5。
[0015] 本發(fā)明還提供一種用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法， 包括W下步驟：
[0016] (a)將可變像質(zhì)裝置設(shè)置在激光干設(shè)儀出口位置，調(diào)節(jié)圓環(huán)遮攔外圓直徑、內(nèi)圓直 徑，使圓環(huán)遮攔通光口徑與被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)使用口徑相同；
[0017] 化）啟動激光干設(shè)儀，使出射光束w〇°角入射到可變像質(zhì)裝置上，并保證出射光 束的中屯、軸與可變像質(zhì)裝置中屯、軸重合，再由標(biāo)準(zhǔn)平面鏡反射，將光束原路返回至激光干 設(shè)儀，激光干設(shè)儀需經(jīng)法定計(jì)量單位校準(zhǔn)；
[0018] (C)根據(jù)被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)所需校準(zhǔn)范圍，調(diào)整可變像質(zhì)裝置組合透 射像差板的組合方式或旋轉(zhuǎn)像差鏡的角度，確?？勺兿褓|(zhì)裝置的波前誤差對應(yīng)的光束質(zhì)量 0因子分布在被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)范圍內(nèi)；
[0019] (d)激光干設(shè)儀測量可變像質(zhì)裝置（2)的波前誤差，獲得波前誤差澤巧克多項(xiàng)式 表達(dá)式36階系數(shù)a,(A1)，A1為激光干設(shè)儀工作波長，其中i取值從1到36 ;
[0020] (e)在激光干設(shè)儀工作波長A1與被校光束質(zhì)量P因子測量系統(tǒng)工作波長A2不 相同時，由下式計(jì)算A2波長下可變像質(zhì)裝置波前誤差澤巧克多項(xiàng)式表達(dá)式各階系數(shù)；
[0021]
[0022] 上式中，A1為激光干設(shè)儀工作波長，A2為被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)工作 波長，ai(A1)為激光干設(shè)儀測量可變像質(zhì)裝置波前誤差澤巧克多項(xiàng)式表達(dá)式第i階系數(shù)， 31(^2)為計(jì)算得到對應(yīng)A2波長下可變像質(zhì)裝置波前誤差澤巧克多項(xiàng)式表達(dá)式第i階系 數(shù)，其中i取值從1到36 ;
[0023] (f)根據(jù)A2波長下可變像質(zhì)裝置波前誤差澤巧克表達(dá)式，計(jì)算出可變像質(zhì)裝置波 前誤差對應(yīng)的光束質(zhì)量0。1;
[0024](g)保持可變像質(zhì)裝置中組合透射像差板（3)的組合方式與使用角度不變，將可 變像質(zhì)裝置（2)移動至平行光源出口位置，平行光源需經(jīng)法定計(jì)量單位校準(zhǔn)，使出射光束 W0°角入射到可變像質(zhì)裝置上，并保證出射光束的中屯、軸與可變像質(zhì)裝置中屯、軸重合，再 共軸進(jìn)入被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)，由被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)測量輸出光束 的光束質(zhì)量011;
[0025] 化）改變可變像質(zhì)裝置中組合透射像差板的組合方式或旋轉(zhuǎn)角度，使得可變像質(zhì) 裝置波前誤差對應(yīng)的光束質(zhì)量在被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)范圍內(nèi)變化，且對 應(yīng)光束質(zhì)量數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)不小于4,分別記為0。2, 0。3, 0。4, 0W;
[0026] a)重復(fù)步驟（d)~（g)，由被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)測量得到對應(yīng)似中 不同組合方式下可變像質(zhì)裝置對應(yīng)的光束質(zhì)量，分別記為012, 013, 014, 015;
[0027] U)對比光束質(zhì)量0。1~0。占0n~0U數(shù)值，給出校準(zhǔn)修正因子、測量不確定 度。
[002引所述的步驟（g)中，可變像質(zhì)裝置在平行光源工作波長下的透過率應(yīng)滿足被校光 束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)測量要求。
[0029] 本發(fā)明的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的一種校準(zhǔn)系統(tǒng)與校準(zhǔn)方法，其基 本原理是；根據(jù)被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)校準(zhǔn)范圍，調(diào)整可變像質(zhì)裝置組合像差板的 組合方式，產(chǎn)生對應(yīng)校準(zhǔn)范圍內(nèi)多個不同光束質(zhì)量值，并由激光干設(shè)儀測量波前誤差，理論 計(jì)算得出對應(yīng)的光束質(zhì)量0。;再將可變像質(zhì)裝置放置在平行光源出口位置，由被校光束質(zhì) 量0因子測量系統(tǒng)實(shí)際測量輸出光束的光束質(zhì)量01，對比理論計(jì)算結(jié)果0。與實(shí)際測量 結(jié)果01，從而完成被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果在于；采用可變像質(zhì)裝置模擬產(chǎn)生不同0因子的光束質(zhì)量，由 理論計(jì)算值和實(shí)測值對比，從而實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)，解決了CCD遠(yuǎn)場法 光束質(zhì)量0因子測量不確定度校準(zhǔn)的難題，方法簡單有效，精度高。本發(fā)明的校準(zhǔn)系統(tǒng)與 校準(zhǔn)方法為激光束光束質(zhì)量0因子測量儀的精確校準(zhǔn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0031] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0032] 圖1是本發(fā)明的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖2是本發(fā)明的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)中可變像質(zhì)裝 置的透射像差板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖3是本發(fā)明的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的可變像質(zhì)裝置波前誤差 測量光路不意圖。
[00巧]圖4是本發(fā)明的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)校準(zhǔn)光路示意圖。
[0036] 圖中，1.平行光源2.可變像質(zhì)裝置3.組合透射像差板4.圓環(huán)遮攔5.固定支 座6.透射像差板7.像差鏡8.鏡框9.角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10.標(biāo)準(zhǔn)平面鏡11.干設(shè)儀 主機(jī)12.采集處理計(jì)算機(jī)13.被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 在圖1~4中，本發(fā)明的用于CCD遠(yuǎn)場法光束質(zhì)量0因子測量的校準(zhǔn)系統(tǒng)包括平 行光源、可變像質(zhì)裝置、組合透射像差板、圓環(huán)遮攔、固定支座、透射像差板、像差鏡、鏡框、 角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)平面鏡、干設(shè)儀主機(jī)、采集處理計(jì)算機(jī)、被校光束質(zhì)量0因子測量 系統(tǒng)。
[003引平行光源的工作波長與被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)工作波長相同，輸出光束 口徑不小于被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)使用口徑，輸出光束波前崎變PV值小于A/5。
[0039] 可變像質(zhì)裝置包括組合透射像差板、圓環(huán)遮攔、固定支座；其中組合透射像差板與 圓環(huán)遮攔設(shè)置在固定支座上；圓環(huán)遮攔設(shè)置在組合透射像差板的前面，圓環(huán)遮攔的中屯、與 組合透射像差板的中屯、位置重合。
[0040] 組合透射像差板包括多塊透射像差板，組合透射像差板波前崎變對應(yīng)的光束質(zhì)量 在被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)校準(zhǔn)范圍內(nèi)。
[0041] 透射像差板包括像差鏡、鏡框；其中像差鏡設(shè)置在鏡框中，像差鏡有效口徑不小于 被校光束質(zhì)量0因子測量系統(tǒng)使用口徑，0°角透射使用，主要為慧差像差。鏡框有效口徑 與像差鏡相同，并具有角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0042] 圓環(huán)遮攔的外環(huán)與內(nèi)環(huán)同屯、，并且外環(huán)、內(nèi)環(huán)的尺寸可改變，