[发明专利]基于PSD阵列的大口径高速红外激光测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PSD（Position and Sensing Devices）阵列的高速红外激光测量装置。能够实现对大口径高速变化的红外激光光束的波前分布信息、强度分布信息的高速多功能检测。能够克服常规检测方法对大口径高速变化的红外激光光束检测能力不足的问题。可用于红外激光光束的多功能检测和自适应光学的高速波前测量等领域。

背景技术

由于红外激光器的结构设计缺陷或技术、物理问题的限制，使产生的红外激光光束质量下降。红外激光光束质量检测设备很多，主要有远场光斑测量仪、哈特曼波前传感器以及近场光强分布探测仪等，可以对激光光的远场光斑、波前相位、光强分布进行比较精确的测量。

以现有的哈特曼波前传感器为例，其结构示意图如图2所示，哈特曼波前传感器主要包括一级缩束系统6、微透镜阵列7，二级缩束系统8、CCD探测器9、数据存储10和数据处理计算机11等。其工作方式是先将大口径光束经一级缩束系统6缩束后，采用微透镜7或者其他分割元件对缩束后的被测光束进行离散分割采样，然后将各个子孔径内的远场子光斑经二次缩束系统8成像到CCD探测器9的靶面上，采集数据存储到数据存储设备10中，数据处理计算机11通过读取数据采集存储设备10中数据，通过计算各个子光斑质心位置复原出待测光束波前像差。随着红外激光技术的发展，对大口径红外激光光束质量的高速测量需求越来越大，哈特曼波前传感器在实际测量中无法很好满足这一测量要求，主要表现在以下几方面：（1）当进行大口径红外激光光束质量测量时，为与红外CCD探测器靶面匹配，需要一套复杂而且庞大的多极缩束系统，系统调试困难，加工成本高，研制周期长。由于设备庞大沉重，无法在有限空间的实验现场灵活应用。（2）大靶面高速红外CCD相机价格昂贵，而且产品类型很少，很难找到理想的红外CCD相机。红外CCD靶面一般比较小，分割采样后分辨率也就较低，测量精度和测量范围都受到很大限制，无法对大像差红外激光光束进行高精度测量。（3）大口径红外CCD帧频是与探测靶面密切相关的，大靶面高速红外相机很难得到。现在可用的红外CCD相机采样频率一般最高达到几kHz，无法进行高时间频域内的红外激光光束质量测量。

因此传统的哈特曼传感器一般用于小于0.3m口径的红外激光光束和变化较小的波像差进行测量。无法满足对大于0.3m口径以上的大口径红外激光光束的高速测量要求，迫切需要新技术来提高测量系统的测量精度和测量速率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于PSD阵列的大口径高速红外激光测量装置，实现对大口径红外激光光束的光强、相位的高速测量。

本发明解决其技术问题所采用的解决方案：如图1所示，基于PSD阵列的大口径高速红外激光测量装置，包括：聚焦透镜阵列1、红外PSD阵列2、多通道前级放大器3、数据采集存储器4和数据处理计算机5；所述聚焦透镜阵列1采用由一系列口径为0.01m-0.02m的方形聚焦透镜拼接组成，可以直接对0.3m－1m之间的红外激光光束进行分割聚焦，聚焦光斑直接成像到红外PSD阵列2上，红外PSD阵列2输出聚焦后的光斑阵列位置坐标信息和强度信息；所述信息经多通道前级放大器3信号放大后由数据采集存储器4高速存储，存储的数据经由数据处理计算机5处理计算，每个红外PSD探测器输出四个电流信号分别设为I_A,I_B,I_C,I_D，则探测到的光斑质心坐标和光斑强度I为：