[发明专利]一种基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置和测量方法。该装置由照明光源、定位基准元件、发散透镜、待测晶体、匹配透镜和CCD组成。用于照明的平行光束注入整个测量装置，经过定位基准元件、发散透镜后垂直入射到待测晶体表面。然后通过匹配透镜和CCD组成的光学系统将入射光成像于监视CCD上，通过CCD采集图像中的灰度值最大点的位置坐标来反推使倍频效率最大时对应的倍频晶体偏离准直位的夹角，从而得出倍频晶体的特征角度。本方法有效的解决了快速精确测量晶体特征角度的难题，消除了在测量过程中因为入射光束不稳定性引入的光束角漂对测试结果的影响，具有测量原理简单，操作简便等优点。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，尤其是一种基于发散光束的精确测量倍频晶体特征角度的测量装置和方法。

背景技术

在较为复杂的钕玻璃高功率光学系统中，通常使用KDP晶体对基频光(波长1053nm)倍频后获得高效的三倍频光用来开展物理实验。晶体的倍频效率与晶体长度、相位匹配角、晶体温度以及基频光功率等因素有关。晶体的相位匹配角即入射的基频光偏离晶体晶轴的角度，是晶体的一个重要特征参数，以该角度入射的基频光满足相位匹配条件，在其它因素一定的条件下能够获得最佳的倍频效率。但在实际使用过程中，由于无法给出晶轴的方向作为基准参考，人们难以直接使用相位匹配角来调节晶体的最佳姿态。通常，晶体偏离准直位置(垂直于入射光)的角度被用来调节晶体的姿态。当入射光满足相位匹配条件时晶体偏离准直位置的角度即为晶体的特征角度，如图1所示。晶体从准直位置偏转该角度后能够获得最大的倍频效率。因此，晶体的特征角度需要得到精确的测量。

现有的测量晶体特征角度的主要方法是搜索法。即在一个较大的范围内不断改变入射光与晶体的夹角，同时监测倍频光的强度来搜索晶体的特征角度。其具体方法是从初始位置移动特定的步长开始搜索，当倍频光正好消失时记录晶体位置为位置1，用同样的方法反向搜索另一个正好消失的位置并记录为位置2。位置1和位置2之间的中间位置减去基准位置就是晶体的特征角度。同时，为了消除误差需要多次重复搜索取平均值。该方法较为繁琐，耗时较长。当系统中有多块晶体时还需要分别重复搜索每块晶体的特征角度。更为极端的情况是，当晶体温度发生变化的时候，晶体相位匹配角通常会发生改变，为了获得最佳的倍频效率需要同时调节温度和晶体角度两个变量。在该情况下使用搜索法测量晶体的特征角度无疑是既不便利的。

综上所述，更为简洁、快速、灵活的测量晶体特征角度无疑是非常必要的。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种测量原理简单、操作容易、调试精度高的倍频晶体特征角度的测量装置和方法，本发明灵活简洁、测量精度高，仅通过一次测量就能给出晶体的特征角度，解决了传统晶体特征角度测量方法测量次数较多、耗时较长的问题，极大简省了时间成本和经济成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置，在光路传输方向上依次排列有照明光源(1)、定位基准元件(2)、发散透镜(3或11)、待测晶体(4)、匹配透镜(5)和CCD(6)；其中光学元件均垂直于光轴，其几何中心均在光轴上，定位基准元件(2)正中心硬联结有定位基准(7或8)，照明光源(1)发出的平行光束照射定位基准元件(2)后，经过发散透镜(3或11)和待测晶体(4)后通过匹配透镜(5)后成像于CCD(6)。

进一步的，定位基准(7或8)和定位基准元件(2)硬联结为一个整体，联结位置在定位基准元件(2)的几何中心。

进一步的，所述待测晶体(4)的初始基准位置为垂直于光轴。

进一步的，使用发散透镜(3或11)对照明光源(1)发出的入射平行光进行发散，从而改变入射光与待测晶体(4)的夹角；发散后光束在空间上的不同位置表征了待测晶体(4)表面的不同入射角。

进一步的，合理排布各个光学元件之间的距离，使得照明光源(1)的物面(9)经过测量装置后的像面(10)在CCD(6)位置。