[发明专利]对有限远物面成像的球面卡塞格林系统及其调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及高功率激光远场测试，一种对有限远物面成像的球面卡塞格林系统及其调整方法。

背景技术

高功率激光远场测试技术，对成像系统有四个基本要求：有较高的远场品质因子；有较大的近衍射极限成像视场以方便与靶镜光轴相耦合；无明显色差；高峰值功率情况下，为避免非线性损伤，尽量不引入透射元件。

传统的卡塞格林系统为反射成像系统。反射式成像结构使其具有波长无选择的优点，因此不存在成像色差，无透射元件引起的非线性自聚焦。另一方面，为了满足对无限远处物面成像的需要，其结构一般由同轴的凹面主镜和凸面次镜构成。为保证成像质量，至少有一块反射镜使用非球面面型，这样使得可满足近衍射极限成像的视场较小(视场角约20′)。如图8所示(参见中国，授权公告号：204229042U)；，传统的卡塞格林系统只能对无限远物面成像，因此无法满足高功率激光器对激光远场测量系统的要求。再者，此类卡塞格林系统的装校需要依赖于干涉仪，较为繁琐。图9为离轴卡塞格林系统(参见中国，申请号：201410847694.2)，此类卡塞格林系统仍然只能对有限远处成像，且调整难度极大。作为高功率激光器远场测量系统的另一种发明方案，反射椭球面的两个焦点虽然具有成像完善的功能，但同样存在近衍射极限成像视场极其有限的缺点，随着物点远离其中一个焦点，在另一个焦点处像点急剧恶化。虽然利用椭球反射面作为高功率激光远场焦斑测量方案已有报道，但至今未发现较高品质的测试结果。

以上两种方案，都不能满足高功率激光远场测量系统的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对有限远处物面成像的改进型卡塞格林系统及其调整方法，以克服传统卡塞格林系统和椭球面系统在高功率激光脉冲远场测量方面的缺陷。

本发明的技术解决方案如下：

一种对有限远物面成像的球面卡塞格林系统，其特点在于：该系统由第一凹球面镜、第二凹球面镜和一块凸球面镜构成一个成像系统并固定在一个稳定的光学平台上，在xy坐标系中以0,0点作为坐标原点，第一凹球面镜、第二凹球面镜和一块凸球面镜的中心的坐标分别为5781,0；4672,-633.4；和2893,-332.9；x轴为系统的工作光轴，该系统的几何对称光轴与工作光轴x成26°；第一凹球面镜、第二凹球面镜和一块凸球面镜的球心均位于几何对称光轴上，第一凹球面镜、第二凹球面镜的球心位于609.09，-297.07；凸球面镜的球心位于556.06,-271.21。

上述对有限远物面成像的球面卡塞格林系统的调节方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

1)借助激光跟踪仪，在实验室坐标系下标出离轴卡塞格林系统的工作光轴x和确定出物点的坐标，即xy坐标系的坐标原点0,0；工作光轴x是系统在调试和使用过程中的实际光路走向；

2)借助激光跟踪仪，将装夹好的第一凹球面镜、第二凹球面镜和一块凸球面镜的三维调整架安装摆放，使第一凹球面镜、第二凹球面镜和凸球面镜的中心的坐标分别为5781,0；4672,-633.4；和2893,-332.9；保障定位误差不大于1cm；

3)利用激光跟踪仪，过物点,标识出与工作光轴成26°的离轴卡塞格林成像系统的几何光轴，并在该几何光轴上标出第一凹球面镜和第二凹球面镜的球心609.09，-297.07和凸球面镜的球心556.06,-271.21，作为刀口仪的第一工作点和第二工作点；

4)沿几何光轴x方向安装刀口仪组件的滑动导轨，该滑动导轨的角度校准精度为1mrad，在该滑动导轨上安装刀口仪，将刀口仪的光纤点光源定位在物点位置；

5)沿刀口仪方向滑动导轨，使点光源对准刀口仪第一工作点，通过调节第一凹球面镜和第二凹球面镜，使其球心精确定位在刀口仪的刀刃位置，随后沿导轨方向，将刀口仪移动至第二工作点；

6)将凸球面镜的球心精确定位在刀刃位置，即刀口仪第二工作点：

将凸球面镜对应的凹球面样板安装在夹持臂上，将该夹持臂安装在三维平移台上，夹持凹球面样板的镜框突出所述的三维平移台20cm，调节三维平移台，将凹球面样板的球心定位于刀口仪第二工作点位置，以凹球面样板为基准，将凸球面镜靠近凹球面样板，通过调节凸球面镜的两维角度和轴向平移，使凸球面镜靠近凹球面样板，刀口仪出现凹球面样板与凸球面镜的干涉条纹，继续调节凸球面镜，待刀口仪上的干涉条纹出现最稀疏的直条纹时，锁定凸球面镜，拆除凹球面样板，调节完毕。

本发明的技术效果如下：