寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種夏克-哈特曼波前傳感器絕對標(biāo)定裝置，尤其 涉及一種利用單色儀、會聚鏡和點(diǎn)衍射板產(chǎn)生不同波段的高精度球面波，實(shí)現(xiàn)寬譜段夏 克-哈特曼波前傳感器參數(shù)絕對標(biāo)定的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于夏克-哈特曼波前傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：①測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和光路簡單；②對 光源的時間相干性要求不高；③能夠在弱光下操作；④對測量環(huán)境要求不高，且在線實(shí)時 測量；⑤測量動態(tài)范圍大，不存在2 31的不定性問題，其波面傾斜相同，不會影響測量結(jié)果。 由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，夏克-哈特曼波前傳感器主要應(yīng)用于強(qiáng)激光參數(shù)診斷與控制、自適應(yīng) 光學(xué)系統(tǒng)中波前測量、大氣湍流參數(shù)測量、人眼像差測量、光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)性能參數(shù)測 試等領(lǐng)域。
[0003] 夏克-哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列和C⑶探測器組成，其標(biāo)定主要包括： 1)微透鏡陣列的安裝和本身的透射波前等引入的系統(tǒng)誤差標(biāo)定；2)微透鏡陣列距CCD探測 器靶面之間的距離定標(biāo)。
[0004] 夏克-哈特曼波前傳感器標(biāo)定方法主要有兩種：平面波法和球面波法。
[0005] 采用平面波法標(biāo)定，這種方法簡單，但系統(tǒng)誤差標(biāo)定時，平面波本身的像差無法扣 除。同時，提供高精度的平面波需要大口徑、長焦距平行光管，其造價昂貴、科研成本高。采 用此方法無法實(shí)現(xiàn)微透鏡陣列距CCD探測器靶面之間的距離定標(biāo)，通常采用激光干涉儀與 夏克-哈特曼波前傳感器測量同一塊相位板的像差分布情況，以激光干涉儀測量結(jié)果作為 標(biāo)準(zhǔn)參考值，修正微透鏡陣列距CCD探測器靶面之間的距離。這種方法受限于激光干涉儀 的測量精度和測量環(huán)境，精度不高，且只能標(biāo)定和激光干涉儀工作波段一致的夏克-哈特 曼波前傳感器，對于紫外和紅外波段夏克-哈特曼波前傳感器，這種方法無法實(shí)現(xiàn)。
[0006] 球面波法主要采用激光耦合進(jìn)單模光纖產(chǎn)生球面波實(shí)現(xiàn)夏克-哈特曼波前傳感 器的標(biāo)定。這種方法受限于光纖芯徑的大小，無法產(chǎn)生高精度的球面波，從而造成夏克-哈 特曼波前傳感器的系統(tǒng)誤差標(biāo)定精度不高。同時，此方法通過更換激光器，只能在幾個特征 波長下對夏克-哈特曼波前傳感器的標(biāo)定，其無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)光譜標(biāo)定。對于深紫外波段的 夏克-哈特曼波前傳感器需要更高精度的球面波進(jìn)行標(biāo)定，單模光纖芯徑的大小無法滿足 要求，利用小孔產(chǎn)生球面波，對小孔的大小有嚴(yán)格的要求，通常在納米量級，這將造成球面 波能量損失嚴(yán)重，夏克-哈特曼波前傳感器無法響應(yīng)。
[0007] 標(biāo)定夏克-哈特曼波前傳感器計(jì)算算法方面，Alexander Chernyshov等（具體 請查閱參考文獻(xiàn) Alexander Chernyshov，Uwe Sterr，F(xiàn)ritz Riehle，JUrgenHelmcke，and Johannes Pfund. Calibration of a Shack-Hartmann sensor for absolute measurements of wavefronts. Applied Optics. 2005,44 (30)，6419 ~6425)，通過擬合二項(xiàng)式 A p 得到 夏克-哈特曼傳感器的物理參數(shù)。AP反映了待測球面波真實(shí)曲率和傳感器測量得到的 曲率之間的差別。由于夏克-哈特曼傳感器本身特點(diǎn)，使得待測球面波真實(shí)的曲率半徑很 難精確測量，這種做法顯然不合理。楊金生等人提出了一種夏克-哈特曼傳感器物理參數(shù) 標(biāo)定方法（專利號：200910091741. 4 -種使用球面波前標(biāo)定哈特曼-夏克傳感器的方法）， 這種方在確定透鏡陣列焦距f〇和相鄰子孔徑間距的真實(shí)值P 〇的過程中存在連環(huán)嵌套的假 設(shè)，即計(jì)算f〇時假設(shè)P 〇等于P，而在計(jì)算P 〇時用到了上步中計(jì)算所得f 〇的值。同時利用球 面波引入的離焦數(shù)值修正復(fù)原波前，這種處理方式值得商榷，因?yàn)椴煌瑴y量口徑，離焦數(shù)值 不同，并且在標(biāo)定參數(shù)過程中引入了 一系列的數(shù)學(xué)近似。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種可實(shí)現(xiàn)寬譜段 夏克-哈特曼波前傳感器系統(tǒng)誤差和物理參數(shù)的絕對標(biāo)定以及可提高系統(tǒng)標(biāo)定精度的寬 譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標(biāo)定裝置。
[0009] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：本實(shí)用新型提供了一種寬譜段夏克-哈特曼波 前傳感器絕對標(biāo)定裝置，其特殊之處在于：所述寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標(biāo)定 裝置包括會聚鏡、點(diǎn)衍射板、錐孔板、高精度平移臺、采集與控制計(jì)算機(jī)、光軸定位模塊以及 可輸出不同波長單色光的單色儀；所述單色儀可輸出不同波長的單色光，其波段覆蓋范圍 從紫外到紅外；所述錐孔板可拆卸的固定在待標(biāo)定的夏克-哈特曼波前傳感器的前端；所 述錐孔板的錐孔中心與待標(biāo)定的夏克-哈特曼波前傳感器的靶面中心重合；待標(biāo)定的夏 克-哈特曼波前傳感器固定在高精度平移臺上；所述采集與控制計(jì)算機(jī)分別與待標(biāo)定的夏 克-哈特曼波前傳感器以及高精度平移臺相連；所述會聚鏡設(shè)置在單色儀的出射光路上； 所述會聚鏡、點(diǎn)衍射板以及錐孔板依次處于同一光軸上；所述光軸定位模塊置于點(diǎn)衍射板 與錐孔板之間。
[0010] 上述點(diǎn)衍射板是可見光和紅外波段點(diǎn)衍射板或紫外波段點(diǎn)衍射板；所述點(diǎn)衍射板 是可見光和紅外波段點(diǎn)衍射板時，所述點(diǎn)衍射板上設(shè)置有從1 ym~10 ym不等尺寸的針 孔；每種尺寸的針孔至少包括3個；相鄰針孔的孔間距大于1_ ;所述點(diǎn)衍射板是紫外波段 點(diǎn)衍射板時，所述點(diǎn)衍射板上設(shè)置有納米量級的針孔，針孔規(guī)則排列組成針孔陣列；相鄰針 孔的間距由范西特-澤尼克定理決定；針孔陣列區(qū)域大小通過標(biāo)量衍射理論計(jì)算理想點(diǎn)光 源發(fā)出的球面經(jīng)待標(biāo)定夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列形成衍射光斑的大小來決 定。
[0011] 上述點(diǎn)衍射板置于會聚鏡的焦點(diǎn)處。
[0012] 上述光軸定位模塊包括He-Ne激光器、分光鏡以及平面鏡；所述分光鏡以及平面 鏡依次設(shè)置在He-Ne激光器的出射光路上；分光鏡將He-Ne激光器出射的激光分為反射光 以及透射光；反射光入射至點(diǎn)衍射板上；透射光入射至平面鏡后依次經(jīng)平面鏡反射以及分 光鏡反射后入射至錐孔板上。
[0013] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] 本實(shí)用新型提供的寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標(biāo)定裝置，此裝置基于矢 量衍射理論和范西特-澤尼克定理，首先利用單色儀、會聚鏡和設(shè)計(jì)的點(diǎn)衍射板產(chǎn)生與夏 克-哈特曼波前傳感器工作波長一致的高精度球面波，然后通過光軸定位模塊完成球面波 與夏克-哈特曼波前傳感器的對準(zhǔn)，再移動夏克-哈特曼波前傳感器采集不同位置處被微 透鏡陣列分割的光斑陣列圖像，最后通過標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)夏克-哈特曼波前傳感器的絕對標(biāo) 定。本實(shí)用新型利用單色儀、會聚鏡和設(shè)計(jì)的點(diǎn)衍射板，可生成不同工作波長的高精度球面 波，從而實(shí)現(xiàn)了寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器標(biāo)定，并提高了系統(tǒng)標(biāo)定精度；利用光軸定 位模塊實(shí)現(xiàn)了球面波與夏克-哈特曼波前傳感器的高精度對準(zhǔn)，從而提高系統(tǒng)標(biāo)定精度； 利用帶光柵尺的高精度平移臺實(shí)現(xiàn)了夏克-哈特曼波前傳感器的移動距離的高精度測量， 從而提高系統(tǒng)標(biāo)定精度；利用標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)夏克-哈特曼波前傳感器的絕對標(biāo)定，計(jì)算響 應(yīng)時間短，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、重復(fù)性好，測量結(jié)果置信度 尚。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型所提供的標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本實(shí)用