[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于，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)。

2.如权利要求1所述的基于发散光束光学系统的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于，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。

3.如权利要求1所述的基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于，所述待测晶体(4)的初始基准位置为垂直于光轴。

4.如权利要求1所述的基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于：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。

6.一种基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量方法，其特征在于，在光路传输方向上依次排列照明光源(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；在定位基准元件(2)正中心硬联结定位基准(7或8)，使得照明光源(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)；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)经过光学系统后的像面(10)在CCD(6)位置；记录CCD(6)采集图像中的灰度值最大点的位置坐标，并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，从而得到倍频晶体的特征角度。

7.如权利要求1所述的基于发散光束的倍频晶体特征角度的测量方法，其特征在于，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；

根据衍射传输规律确定定位基准(7或8)的特征尺寸，所述定位基准的特征尺寸为定位基准(7)的直径R或定位基准(8)的直线宽度W；

将CCD(6)上采集到定位基准的像的中心作为基准坐标用于计算待测晶体(4)的特征角度。

8.如权利要求1所述的基于发散光束光学系统的倍频晶体特征角度的测量方法，其特征在于，设发散透镜(3或11)的焦距为f₁，发散透镜(3或11)和匹配透镜(5)之间的距离为L₁，匹配透镜(5)的焦距为f₂，匹配透镜(5)和CCD(6)之间的距离为L₂，照明光源(1)发出的平行光束口径为D，则待测晶体(4)表面入射角的最大采样范围为通过选择发散透镜(3或11)的焦距f₁选择合理的入射角采样范围，CCD(6)上采集到的光斑口径为

已知CCD(6)的尺寸为a×b，分辨率为m×n，则CCD(6)两个方向上的采样精度分别为

以定位基准(7或8)在CCD(6)上成的像为坐标原点，设采集到的图像中灰度值最大的像素点相对于坐标原点的坐标为(x₀，y₀)，则计算出待测晶体(4)的特征角度为

9.如权利要求1所述的基于发散光束光学系统的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于，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。

10.根据权利要求1所述的基于发散光束光学系统的倍频晶体特征角度的测量装置，其特征在于：所述待测晶体(4)的初始基准位置为垂直于光轴。