[发明专利]全方位光束检验仪

说明书

本发明属于检测光束质量的光学仪器，主要用于激光研究、激光工程及一般光学系统光束参数与质量的检测。

光束准直及检验的现有方法有：

(1)用平行平板作为剪切干涉仪视零场干涉图形存在与否作为评判光束准直的依据。主要由点光源1、准直物镜2、平行平板剪切干涉仪3和成象透镜4所构成，观察到干涉图形5如图1所示(Appl.Opt.3.1964，531-534；激光，6，4，1979，47—51；剪切干涉仪及其应用，机械工业出版社，北京，1987年8月，P.77—82，P.220—227。

(2)检测光束准直的剪切干涉仪主要由入射光阑屏6、带有楔角的可以旋转360°的剪切干涉平板9(称为楔板)和图形观测屏三部分组成(发明申请号90101910.0)。

(3)正交两维剪切干涉(激光，7，10，1980，38—41；Appl.Opt，15，1975，1605)。

上述几种方法均存在一些缺点：

1.方法(1)存在灵敏度不高，不能给出定量结果，平行平板的平行度要求严格，难以达到要求；

2.方法(2)虽然结构简单，造价低廉，灵敏度提高又能给出定量结果，但与方法(1)一样只是基于被检验波面为旋转对称的情况下适用，对于非旋转对称波面，例如象散波面、柱波面等均不适用，因为上述仅是楔板可转动360°，是一维横向剪切干涉；

3.方法(3)虽然能给出正交两维横向剪切干涉但不能给出定量结果，另一方面，不能给出全方位(或称任意方向)剪切干涉的定量检测。

本发明的目的在于克服上述列举几种方法的不足之处，发明一种既简单实用、造价低廉，又能全方位定量检测光束准直及质量的检验仪。

本发明的检验仪是由入射光阑屏6构成的固定部分7和有两种旋转方向的剪切干涉板及有固定和转动分划板组成的干涉图形观测屏的转动部分8所构成。其中固定部分7的入射光阑处于干涉板之前，为接收入射光束的最前方；转动部分8的剪切干涉板是一块带有楔角B的楔形平板9(以下简称平板)装入可完成两种旋转方向的镜框10内，镜框10上带有游标刻度读数的分划度盘，镜框的支架可以升降，平板两种方向的旋转是：其一，平板绕入射光束的光轴旋转360°，并能示出旋转的方位角度值，从而实现光束相应方位的剪切干涉；其二，平板绕其前表面中心法线为轴而转动，亦可旋转360°，两种旋转方向的位置均有分划度盘显示出，分划度盘上刻有360°，其中一块度盘直读精度是6′，估读精度为2′。转动部分8中的干涉图形观测屏由固定分划板11和可转动分划板12两部分构成，其中转动分划板带有外环角度刻度盘以便显示转动方位角。整体观测屏是绕入射光束的光轴随其平板一起转动。平板两个转动方向的配合使用，可测出所要求的参数。设光学系统的F数(f/D)为1，根据计算，不同方位离焦量测试精度可达1μm。

根据在某一方位角ai上观测的干涉条纹方向，被检测系统在这ai方位角上的离焦量Δf_ai表示为：

     Δf_ai＝1/S nBf²tgα    (1)

(1)式中：f—被检测系统的焦距

         n—平板材料的折射率

         B—平板的楔角

         S—光束剪切量

         α—干涉条纹与参考标线的倾角

本干涉仪中，光束剪切量S表达式为： S = h / n 2 - 1 $\left(2\right)$ ]]>

(2)式中：h—平板的厚度。

根据在某一方位角ai上观测到的干涉条纹方向，则被测光束在这一方位角上的发散角θ_ai表示为

    θ_ai＝1/SDnBtgα(3)

(3)式中：D-被测光束口径。

于是，也可以得出在这一方位角上波面曲率半径R_ai的表达式：