[发明专利]离轴抛物面镜点聚焦能力测定装置和测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及离轴抛物面镜，特别是一种离轴抛物面镜点聚焦能力测定装置和测定方法。

背景技术

离轴抛物面镜，在理想情况下入射光严格平行于光轴时，反射光聚焦于焦点，光束经过反射聚焦后聚焦斑近似看作一理想点，故称点聚焦，其球差为零，降低了光扰动，相比于透射式聚焦方式，可以消除色散以及强激光在介质中的自聚焦等不利现象，加上它对高强激光的耐用性，近年来已被广泛用于激光束的聚焦、偏转光路中。特别是在飞秒强场激光物理实验中，由于对激光点聚焦焦斑的高要求，需要获得激光聚焦点焦斑的准确而详细的信息，参见石鸿斌，程兆谷，许国良，蒋金波，李现勤，夏金安，激光束经聚焦镜聚焦后光斑特性的研究，中国激光，2000.10。

常用于测量点聚焦焦斑的方法有两种，分别是刀口法[参见Hans R Bilger，Taufiq Habib，Knife-edge scanning of an astigmatic Gaussian beam[J]，AppliedOptics，24(5)：686-690，1985]和高分辨率长焦距的显微镜系统。前者虽然简单、直观、灵敏度高，但只能测得焦斑直径大小，无法获得焦斑能量分布；后者是利用焦斑在物体上的散射光来获取焦斑信息，有结构复杂、调节困难、分辨率低和成本偏高等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种离轴抛物面镜点聚焦能力测定装置和测定方法，该装置结构简单，操作方便，成本较低；该方法能够简便直观地检测离轴抛物面镜焦斑强度二维分布信息，而且可获得焦斑的三维图像，分辨率高，焦斑尺寸易于定量化。

本发明的技术解决方案如下：

一种测定装置测定离轴抛物面镜点聚焦能力的方法，包括下列步骤：

①设置离轴抛物面镜点聚焦能力测定装置：包括一台He-Ne激光器，沿该He-Ne激光出射激光束方向依次设置扩束器、软边光阑和待测的离轴抛物面镜，在该离轴抛物面镜的反射光束方向依次设置透射式标准叉丝和显微物镜，该显微物镜位于所述的离轴抛物面镜的焦点，所述的焦点成像于面阵CCD上，该面阵CCD的输出端接计算机，所述的离轴抛物面镜固定在一五维电动调整架上；

②通过电机控制所述的离轴抛物面镜的倾斜俯仰，以保证入射光束与出射光束处于同一水平面上；

③所述的显微物镜固定在光路上的平移台上，以供所述的显微物镜沿光路移动调整，将所述的离轴抛物面镜的反射光束的焦点在所述的面阵CCD上获得清晰的图像；

④叉丝定标：开启所述的He-Ne激光器、面阵CCD和计算机，将所述的标准叉丝放在所述的显微物镜之前，通过所述的显微物镜放大后也成像在所述的面阵CCD上，通过计算机采集，获得He-Ne激光对所述的标准叉丝定标图像，假设30微米直径的标准叉丝所占像素值为A，该标准叉丝与水平方向成60°；

⑤为了防止光束强度过大，避免所述的面阵CCD饱和，在所述的面阵CCD和所述的显微物镜之间放置衰减片；

⑥焦斑信息获取：

所述的计算机采集所述的离轴抛物面镜的焦斑强度二维分布，焦斑成像在所述的面阵CCD上所占像素值为B，经下式计算，即得出半高全宽的焦斑直径D为：D＝30*B/A微米；

⑦焦斑强度三维分布信息：

沿所述的离轴抛物面镜的反射光束前后移动所述的显微物镜，计算机逐一采集所述的面阵CCD上焦斑成像的二维强度分布矩阵，将不同焦深位置处的二维强度分布矩阵信息合成，获得焦斑的三维图像，即所述的离轴抛物面镜的点聚焦能力的三维信息。

在所述的显微物镜和所述的面阵CCD之间设置有反射镜和衰减片。加入反射镜只是为了缩小装置的尺寸。设置衰减片的目的是为了避免面阵CCD的饱和。

一束He-Ne激光经过扩束器后扩展成为光束直径跟激光光束同口径大小，作为模拟光。由于此聚焦方式为反射式聚焦，故对于不同波长的激光，不存在色散，模拟光聚焦能力即可反映离轴抛物面镜对实际激光聚焦能力。

将模拟光通过软边光阑，由于光束的衍射效应往往由硬边光阑的边缘而形成的，为了使得最终聚焦光斑的衍射影响被减至最小，利用软边光阑不仅可以获得横截面光束质量分布均匀的光斑，而且还可以消除扩束器带来的衍射效应等不良因素的影响。

当He-Ne激光入射至离轴抛物面镜时，尽量保证光束沿着离轴抛物面镜的光轴方向入射，调整抛物面镜的俯仰角度，使反射光束聚焦点与入射光轴处在与水平面平行的同一平面内。

本发明的技术效果和特点是：

1、本发明装置结构简单，操作方便，成本较低；