[发明专利]哈特曼波前探测器与入射光束的孔径对准方法

权利要求书

1.哈特曼波前探测器与入射光束的孔径对准方法，其特征是在哈特曼波前探测器的转接镜头上设计能插入、拔出一个凹透镜的结构，以在进行哈特曼波前探测器与入射光束孔径对准时，将凹透镜插入到转接镜头中的光路上，从而使哈特曼的光电探测器上的光点阵列像切换为微透镜阵列的实物像，实现可视化地调节微透镜阵列的位置，使入射光束孔径与哈特曼波前探测器孔径对准，然后将凹透镜移出光路即可。

2.根据权利要求1所述的哈特曼波前探测器与入射光束的孔径对准方法，其特征是所使用的哈特曼波前探测器光路如下：

哈特曼波前探测器由微透镜阵列（1）、第一透镜（2）、第二透镜（3）、光电探测器（4）依次排列组成，其中微透镜阵列（1）的焦距、第一透镜（2）和第二透镜（3）的焦距分别为f₁、f₂与f₃，第一透镜（2）到微透镜阵列（1）的距离为二者的焦距之和f₁+f₂，第一透镜（2）和第二透镜（3）组成转接镜头，光电探测器（4）置于第二透镜（3）的焦点处；微透镜阵列（1）的焦距f₁、其口径D₁，光电探测器（4）的口径D₄是已知的，第一透镜（2）的焦距f₂根据微透镜阵列（1）的焦距f₁来确定，范围在10mm～50mm之间，则转接镜头中两透镜的焦距f₂与f₃和D₁与D₄的关系满足f₂/f₃=D₁/D₄，从而确定第二透镜（3）的焦距f₃，第一透镜（2）和第二透镜（3）之间的距离为f₂+(10mm~15mm)；插入转接镜头光路的凹透镜（5），其焦距与第一透镜（2）的距离为其焦距f₂。

3.根据权利要求2所述的哈特曼波前探测器与入射光束的孔径对准方法，其特征在于：

1)微透镜阵列（1）为德国SUSS公司制作的矩形排列的圆形平凸透镜阵列面板，单个微透镜的直径为150μm，焦距f₁=4.4mm，整个面板尺寸为10mm×10mm×1.2mm，安装在一个开有1.5mm圆孔的机械架上，即通光口径D₁=1.5mm；

2)光电探测器（4）为高灵敏度EMCCD（英国ANDOR公司DV897），像素数128×128，通光窗口为正方形1.92mm×1.92mm，即口径D₄=1.92mm，通光窗口内包含像素数80×80个，使用2×2binning模式，采样频率达到960Hz，探测波段350nm～1000nm，每个微透镜对应binning后的4×4个像素；

3)第一透镜（2）、第二透镜（3）均为双胶合消色差透镜，且表面镀有增透膜，口径分别为5mm和6mm，焦距分别为f₂=10mm、f₃=12.8mm；

4)凹透镜（5）也是双胶合消色差透镜，表面镀有增透膜，口径为5mm，焦距f₅=22.73mm，距离第一透镜（2）的距离d₃=10mm，第一透镜（2）和第二透镜（3）间的距离d₁=20mm；

5)按照图2所示的光路搭建系统，其中凹透镜（5）安放于一维平移机构上，可以垂直进出光路；

6)进行参考光点阵列的标定：按照图3所示，采用ZYGO干涉仪（6）为标准平行光光源，将微透镜阵列（1）、第一透镜（2）、第二透镜（3）、光电探测器（4）和凹透镜（5）的一维平移机构固定在微位移台（7）上，微位移台（7），能够在光轴截面上做二维方向的平移和沿光轴俯仰、扭摆转动；将凹透镜（5）移出光路；利用ZYGO干涉仪（6）监视微透镜阵列（1）表面的反射光，调节微位移台（7）的俯仰和扭摆，直至使微透镜阵列（1）表面的反射光垂直入射进入干涉仪，记录此时光电探测器（4）中的光点阵列作为参考光点阵列；

7)进行入射光束与哈特曼波前探测器的孔径对准：在ZYGO干涉仪（6）与微透镜阵列（1）之间任意一个位置加入孔径为1.2mm的孔径光阑以模拟入射光束的出瞳将凹透镜（5）按照权利要求1所述的位置平移进入光路，在光电探测器（4）中看到微透镜阵列（1）的形貌图像，调整微位移台（7）的平移旋钮，使哈特曼波前探测器整体垂直于光轴发生平移，寻找与孔径光阑的对准位置，一边调整一边监测光电探测器（4）中的微透镜阵列（1）的形貌，直到上下和左右两个直径端点都出现完整的微透镜时，即完成入射光束与哈特曼波前探测器的孔径对准过程；将凹透镜（5）移出光路。