[发明专利]基于双哈特曼探测器的分光镜像差测量系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及到分光镜像差的实时测量领域，特指一种基于双哈特曼探测器的分光镜像差测量系统。

背景技术

“分光镜”是一种能够简化光学系统结构、增强系统抗干扰能力和便于系统波前像差探测的重要光学器件。分光镜像差，包括自身静态像差和在入射光作用下产生的动态像差，会在分光后的反射和透射波前中附加不同的相位畸变，使各子光束波前相位独立发生变化而不再具有可比性。在高能激光系统中，分光镜像差的影响尤为严重。因为高能激光系统是依据分光镜透射出来的弱光波前来评价强光光路中高功率激光光束质量的，而分光镜像差的存在会导致系统波前像差检测结果失真。由于分光镜薄膜及镜体材料对激光的吸收问题仍然难以解决，热致畸变导致的动态像差始终存在，因此分光镜像差、特别是热致动态像差的实时测量技术就尤为重要，准确获取像差信息才能设法消除其影响。

目前，分光镜像差的测量技术主要有：光热偏转技术、表面热透镜技术和哈特曼波前探测技术。光热偏转技术是上世纪八十年代提出的一种热波探测技术，可用于测量分光镜的反射或者透射像差，具有灵敏度高、实验装置简单和非接触测量等优势[W.B.Jackson,N.M.Amer,A.C.Boccara and D.Fournier,“Photothermal deflection spectroscopy and detection”，Applied Optics,20(8),1333-1344(1981)]。但是，这种技术是通过探测光束的偏转量来分析测量点热致像差的，所以只能测量变形区域中某一点的像差信息，不能反映全貌。表面热透镜技术是对光热偏转技术的改进，使用大光斑探测，通过热致畸变对探测光束的热聚焦效应分析像差大小[范树海，贺洪波，范正修等，“表面热透镜技术应用于薄膜微弱吸收测量的理论和实验”，物理学报，30(12)，34-93(2005)]。这种技术只适合于空间低频缓变面形的检测，对于高频局部形变测量误差较大。哈特曼波前探测技术也是一种非接触测量技术，使用大光斑探测分光镜受热表面并通过子孔径划分的方式获取探测光在每一个子区域内的偏转量，再通过波前复原算法得到整个探测区域内的波前像差。这种技术具有精度高、速度快、实时性好、探测光束口径可调等优势，2005年在国内被首次应用于分光镜热致动态像差探测[齐文宗，黄伟，张彬等，“DF强激光反射镜热畸变的检测及热吸收的有限元分析”，《中国激光》，3(5)，379-383(2005)]。但是，根据目前公开技术资料，采用哈特曼探测器在单次测量中只能获取分光镜反射或透射像差中的一种，而要两者兼得必须采用分次测量的方式，这将导致两个问题：①分光镜动态热致像差具有时空变化特性，分次测量使得透/反波前像差的时间和空间对应性都较差，给消除分光镜像差的影响带来困难；②高能激光器运转功耗较大，分次测量增加了检测成本和复杂性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、操作简便、能够提高高能激光分光镜膜系的测量分辨率和实时性的基于双哈特曼探测器的分光镜像差测量系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于双哈特曼探测器的分光镜像差测量系统，它包括第一哈特曼探测器、第二哈特曼探测器、高能激光器、离轴聚焦反射镜、功率计、同步控制器和计算机，所述第一哈特曼探测器和第二哈特曼探测器呈对称状布置于待测分光镜的两侧，所述高能激光器发出的高功率激光入射至待测分光镜前表面后，一部分光能量被待测分光镜反射至离轴聚焦反射镜，然后被功率计接收；所述同步控制器发出同步触发信号控制高能激光器开启、第一哈特曼探测器和第二哈特曼探测器进行采集；所述第一哈特曼探测器和第二哈特曼探测器测得的子孔径偏移量数据被实时传送给计算机，通过所述计算机分析得到待测分光镜的反射像差和透射像差随高能激光功率和辐照时间的变化特性。

作为本发明的进一步改进：

所述高能激光器发出的高功率激光以25°角入射至待测分光镜的前表面。

所述第一哈特曼探测器的标定流程为：所述第一哈特曼探测器利用内部配备的激光器发出与接收系统共光路的准直探测光束，将一标准平面反射镜放置于第一哈特曼探测器的前方，调整标准平面反射镜的角度和位置，使探测光束经标准平面反射镜反射后被第一哈特曼探测器自身接收；调整探测光的强度和第一哈特曼探测器内部的可调节中性滤光片，使第一哈特曼探测器各子孔径内光斑均可见且曝光适度，运行标定程序确定哈特曼测量零点。