CN105784129A - 一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其采用声光移频器外差点衍射干涉系统，极大地提高了空间分辨率，能够探测激光波前中的高频误差，同时增大测量的动态范围。此外，采用声光移频器进行相移，不存在机械移动，系统同时具有一定的抗震动、气流干扰的能力。

Description

一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪。

背景技术

干涉检测法早在百年前就已经被使用，属于非接触式测量，且具有大量程、高灵敏度、高精度等特点，在高精度检测时被广泛应用，其原理是一束理想波面作为参考光，另一束待测波前作为测量光，两束光干涉时由于不同位置相位不同产生光程差从而产生弯曲的干涉条纹，即可判断待波前的起伏。直到1974年Bruning等人提出移相干涉技术，把通讯理论中同步相位探测技术引入到光学干涉术中，使得干涉检测的精度大大提高。

以激光核聚变系统为代表的光学系统，对激光出射波前质量的要求正在逐渐提高，相应的就对检测系统提出了更高的要求。

激光波前检测一般采用剪切干涉、夏克-哈特曼传感器等方法，其中剪切干涉由于没有理想标准面，检测精度很难提高，现阶段商用激光波前检测设备大多采用夏克-哈特曼传感器。

目前，用于激光波面检测的夏克-哈特曼检测系统，空间分辨率很低，不能检测出波前误差中的中、高频成分。可探测的动态范围较小，并且系统的动态范围、空间分辨率、灵敏度互相制约，想提高动态范围就需要进一步降低空间分辨率，同时灵敏度也会降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，可以提高激光波面检测系统的空间分辨率和动态范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，包括：待测激光源、两个半波片、偏振分光镜PBS、两个反射镜、两个声光移频器、聚焦镜、滤波孔、准直镜、分光棱镜BS、扩束镜与探测器；其中：

待测激光源出射的经过半波片1后射入PBS，由PBS将激光分为两束；

其中一束激光依次经过半波片2、反射镜1、声光移频器1、声光移频器2、聚焦镜、滤波孔与准直镜后作为参考光射入BS；另一束激光作为待测光经过反射镜2后射入BS；

通过BS将参考光与待测光合束干涉，并经过扩束镜扩束后射入探测器。

进一步的，其中一束激光进入声光移频器1进行移频后，移频后的+1级光进入声光移频器2，声光移频器2出射的-1级光经透镜聚焦后经过滤波孔，再由准直镜对滤波孔出射的激光进行准直，准直后的光束作为参考光束。

进一步的，两个声光移频器的移频量不同，差频后为几赫兹或几十赫兹量级的低差频。

一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，包括：待测激光源、两个半波片、偏振分光镜PBS、两个反射镜、两个声光移频器、两个聚焦镜、滤波孔、准直镜、分光棱镜BS与探测器；其中：

待测激光源出射的经过半波片1后射入PBS，由PBS将激光分为两束；

其中一束激光作为参考光，依次经过半波片2、反射镜1、声光移频器1、声光移频器2、聚焦镜1与滤波孔后射入BS；另一束激光作为待测光依次经过反射镜2与聚焦镜2后射入BS；

通过BS将参考光与待测光合束干涉，并经过准直镜准直后射入探测器。

进一步的，其中一束激光进入声光移频器1进行移频后，移频后的+1级光进入声光移频器2，声光移频器2出射的-1级光经透镜聚焦后射入滤波孔。

进一步的，两个声光移频器的移频量不同，差频后为几赫兹或几十赫兹量级的低差频。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用声光移频器外差点衍射干涉系统，极大地提高了空间分辨率，能够探测激光波前中的高频误差，同时增大测量的动态范围。此外，采用声光移频器进行相移，不存在机械移动，系统同时具有一定的抗震动、气流干扰的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪的光路示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪的光路示意图；

图3为本发明实施例提供的采集的信号形式示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其光路结构如图1所示，主要包括：待测激光源、两个半波片、偏振分光镜PBS、两个反射镜、两个声光移频器、聚焦镜、滤波孔、准直镜、分光棱镜BS、扩束镜与探测器；其中：

待测激光源出射的经过半波片1后射入PBS，由PBS将激光分为两束；通过旋转半波片1可以任意调整两束激光的分光比；

其中一束激光依次经过半波片2(用于调整偏振态，使其与另一束光的偏振态相同)、反射镜1、声光移频器1、声光移频器2、聚焦镜、滤波孔与准直镜后作为参考光射入BS；另一束激光作为待测光经过反射镜2后射入BS；

通过BS将参考光与待测光合束干涉，并经过扩束镜扩束后射入探测器。

本发明实施例中，其中一束激光进入声光移频器1进行移频后，移频后的+1级光进入声光移频器2，声光移频器2出射的-1级光经透镜聚焦后经过滤波孔，再由准直镜对滤波孔出射的激光进行准直，准直后的光束作为参考光束。

本发明实施例中，两个声光移频器的移频量不同，差频后为几赫兹或几十赫兹量级的低差频。

本发明实施例还提供另一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其光路结构如图2所示，主要包括：待测激光源、两个半波片、偏振分光镜PBS、两个反射镜、两个声光移频器、两个聚焦镜、滤波孔、准直镜、分光棱镜BS与探测器；其中：

待测激光源出射的经过半波片1后射入PBS，由PBS将激光分为两束；通过旋转半波片1可以任意调整两束激光的分光比；

其中一束激光作为参考光，依次经过半波片2(用于调整偏振态，使其与另一束光的偏振态相同)、反射镜1、声光移频器1、声光移频器2、聚焦镜1与滤波孔后射入BS；另一束激光作为待测光依次经过反射镜2与聚焦镜2后射入BS；

通过BS将参考光与待测光合束干涉，并经过准直镜准直后射入探测器。

本发明实施例中，其中一束激光进入声光移频器1进行移频后，移频后的+1级光进入声光移频器2，声光移频器2出射的-1级光经透镜聚焦后射入滤波孔。

本发明实施例中，两个声光移频器的移频量不同，差频后为几赫兹或几十赫兹量级的低差频。

上述两个实施例中，通过探测器获得干涉图后，可通过求解干涉图即可得到待测镜的面型。

求解原理如下：

设移频后两束光的频率分别为v₁和v₂，频差v₁-v₂为赫兹或几十赫兹量级，探测器采用数十或数百赫兹量级，因此可以准确探测外差的拍频信号。设两束光的光强都为E，则探测器上一点采集的随时间t变化的干涉信号S(t)表示为：

$S\left(t\right)=2E+2Ecos\[2\mathrm{\π}({\mathrm{\ν}}_1-{\mathrm{\ν}}_2)t+2\×\frac{2{\mathrm{\π\ν}}_1(L+R)}{c}\]$

其中，L为参考光束往返待测表面时相对于参考光多走的光程，R为待测波前的起伏量，c为光速。探测器的一点对应待测面上的一个点，相机连续采集一组面阵照片，即为一组数据立方，对应相同每一点的值抽取出来为一余弦周期信号，即为S(t)的形式，如图3所示。由信号形式可以看出，不同点由于待测波前的R值不同，造成探测器上对应点探测的信号相位不同。利用傅里叶分析或其它数据处理方法可解算每点出信号的相位，合成起来进行去噪、相位解缠解、波前复原等计算后即可得到待测波前的起伏量。即实现了激光波前的测量。

本发明实施例的上述方案中，采用声光移频器外差点衍射干涉系统，极大地提高了空间分辨率，能够探测激光波前中的高频误差，同时增大测量的动态范围。此外，采用声光移频器进行相移，不存在机械移动，系统同时具有一定的抗震动、气流干扰的能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其特征在于，包括：待测激光源、两个半波片、偏振分光镜PBS、两个反射镜、两个声光移频器、聚焦镜、滤波孔、准直镜、分光棱镜BS、扩束镜与探测器；其中：

待测激光源出射的经过半波片1后射入PBS，由PBS将激光分为两束；

其中一束激光依次经过半波片2、反射镜1、声光移频器1、声光移频器2、聚焦镜、滤波孔与准直镜后作为参考光射入BS；另一束激光作为待测光经过反射镜2后射入BS；

通过BS将参考光与待测光合束干涉，并经过扩束镜扩束后射入探测器。

2.根据权利要求1所述的用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其特征在于，其中一束激光进入声光移频器1进行移频后，移频后的+1级光进入声光移频器2，声光移频器2出射的-1级光经透镜聚焦后经过滤波孔，再由准直镜对滤波孔出射的激光进行准直，准直后的光束作为参考光束。

3.根据权利要求1所述的用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其特征在于，两个声光移频器的移频量不同，差频后为几赫兹或几十赫兹量级的低差频。

4.一种用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其特征在于，包括：待测激光源、两个半波片、偏振分光镜PBS、两个反射镜、两个声光移频器、两个聚焦镜、滤波孔、准直镜、分光棱镜BS与探测器；其中：

待测激光源出射的经过半波片1后射入PBS，由PBS将激光分为两束；

其中一束激光作为参考光，依次经过半波片2、反射镜1、声光移频器1、声光移频器2、聚焦镜1与滤波孔后射入BS；另一束激光作为待测光依次经过反射镜2与聚焦镜2后射入BS；

通过BS将参考光与待测光合束干涉，并经过准直镜准直后射入探测器。

5.根据权利要求4所述的用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其特征在于，其中一束激光进入声光移频器1进行移频后，移频后的+1级光进入声光移频器2，声光移频器2出射的-1级光经透镜聚焦后射入滤波孔。

6.根据权利要求4所述的用于激光波前检测的低频外差干涉仪，其特征在于，两个声光移频器的移频量不同，差频后为几赫兹或几十赫兹量级的低差频。