[发明专利]偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及偏振分光镜热畸变的测量装置，具体为受高频率固体激光照射后偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法。

背景技术

当强激光束作用于光学系统任一光学薄膜元件表面上时，由于光学元件吸收激光能量，薄膜及基底材料的热传导以及光学元件周围空气介质热对流的共同作用,将使光学元件表面发生热变形，进而使光束通过光学元件传输时波前发生畸变，影响了强激光系统光束输出的质量及其光学系统的稳定性。镀偏振分光膜的偏振分光镜是高功率激光合成和长距离传输系统中的重要光学元件，其在光路中作为透射元件和反射元件同时使用。为了达到减小偏振分光镜的吸收损耗,制备出高质量的偏振分光镜,提高光束质量及其光学系统的稳定性,有必要对在高功率激光照射下偏振分光镜的透射和反射波前热畸变进行深入的研究。

在激光照射下光学薄膜元件热畸变的研究中，许多学者从热传导方程和热弹方程出发，运用有限差分和有限元法获得了光学元件在激光照射情况下温度场和变形场分布的数值结果（刘明强等光学薄膜样品的温度场和形变场分析，物理学报, 2008年,Vol.57），但由于二者没有解析解，限制了在检测技术中的应用。

目前使用的薄膜无损检测技术如光热偏转（PTD）和表面热透镜技术（STL）主要是测量表面变形对应的信号变化，难以获得形变形貌的绝对大小分布。在其它检测方面，人们的注意力主要放在对低功率（几毫瓦）小光斑激光照射下光学薄膜元件损伤形貌的检测用以研究薄膜损伤机理（刘红婕等熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究,物理学报,2010年,Vol.29,No.2）；之前中国科学院上海光学精密机械研究所提出了固体激光器动态热畸变的干涉测量装置（申请号：200610029257，公开号：1888839），但该装置没有考虑激光器运行过程中环境因素对干涉测量精度的影响，仍有不足之处。总之现有技术都未能在实验中根据偏振分光镜的薄膜性质和使用特点测量偏振分光镜的波前热畸变。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法。

本发明的技术方案为：一种偏振分光镜热畸变的测量装置，包括固体激光器、聚焦透镜、能量光纤、光纤整形镜片组、分光棱镜、透射平面镜、偏振分光镜、零度滤色片、衰减滤光片、斐索干涉仪以及与斐索干涉仪相连的计算机。

固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面中心位置；斐索干涉仪发出的He-Ne光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜受激光照射区域，并可通过偏振分光镜到达透射平面镜，其中0<θ<90°。

所述θ为45°。

一种偏振分光镜热畸变的测量方法，包括以下步骤：

ⅰ）搭建光路

按照测量装置安装各元器件，并调整位置关系：使得固体激光器发出的激光经聚焦透镜耦合到能量光纤，再经光纤整形镜片组、分光棱镜，以θ角照射到偏振分光镜表面中心位置；同时使斐索干涉仪发出的He-Ne光经衰减滤光片、零度滤色片垂直照射到偏振分光镜受激光照射区域，并可通过偏振分光镜到达透射平面镜。

ⅱ）透射空白测量

在光纤整形镜片组前临时放置挡光板，启动斐索干涉仪，使其发出的He-Ne光照射到偏振分光镜上，并经偏振分光镜到达透射平面镜，斐索干涉仪记录偏振分光镜受光照过程中的干涉条纹图样，计算机对图样进行处理。

ⅲ）透射波前热畸变测量

移去挡光板，将固体激光器增加到要求的功率后，对固体激光照射下偏振分光镜的透射波前热畸变进行测量。

ⅳ）反射空白测量

步骤3）完成后，在光纤整形镜片组前临时放置挡光板，移去透射平面镜，进行偏振分光镜的反射空白测量。

ⅴ）反射波前热畸变测量

移去挡光板，一分钟后，进行偏振分光镜反射波前热畸变的测量。

所述θ角为45°。

本发明偏振分光镜热畸变的测量装置具有结构简单，易于搭建，稳定性好和抗干扰能力强的特点，能够在非接触的条件下对激光照射下光学薄膜元件的波前畸变进行测量，并且在连续、单脉冲或重复脉冲激光照射的时候都能进行测量，应用范围广。

附图说明

图1为本发明偏振分光镜热畸变的测量装置的结构示意图。

其中：

    1固体激光器        2聚焦透镜       3能量光纤

    4光纤整形镜片组    5分光棱镜       6透射平面镜