[发明专利]晶体棱镜式光束发散角感应器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光束发散特性检测器件，尤其涉及一种冰洲石晶体的光束发散角转化测量器件。

背景技术：

光束发散角是光学系统中的一个非常重要的技术参量，它决定着光能量有多大程度到达设定目标。为了有效发挥激光性能，增大作用距离，需要相应控制激光束的发散角，这就涉及到发散角的相关检测问题。发散角检测通常采用焦斑法、光阑法、针孔扫描法、阈值强度法、焦面CCD法等，基本原理是通过对光斑尺寸的测量来间接完成，斑点轮廓分界识别方法是影响测试精度的一个关键因素；也可以采用偏光干涉法、BBO晶体倍频法、楔板剪切干涉法、光栅莫尔条纹等法测量发散角，基本思路是先利用某种手段将光束的发散角参量转化为另外一种更方便检测的参量，避免过度依赖设备精度及实验条件，但目前能够进行这种转化的理想器件匮乏。

发明内容：

本发明是一种基于锥光干涉原理的光束发散角转化器件，它利用了正交偏光状态下冰洲石单轴晶体消光性能对入射光角度敏感及冰洲石起偏器高消光比原理设计而成。它不仅能够满足大口径光束下的发散角测量，只需截取光束中的部分波面就能工作，而且能够通过透射光的干涉现象来检测不同量级的发散角，角度感知范围大，小角度敏感，它能够配合常规测量手段快速完成光束发散角的测量。

本发明的技术方案如下：本发明采用单轴冰洲石制作，其特征是：器件由四块冰洲石晶体直角棱镜构成，如图所示，分别由符号1、2、3、4表示，晶体的光轴方向用双箭头表示。其中直角棱镜1的光轴方向垂直于直角棱边，且与入射端面平行；直角棱镜2的光轴方向垂直直角棱边，且与出射端面垂直，直角棱镜1和棱镜2的结构角α(斜面与通光端面夹角)取35°～40°之间值；直角棱镜3和直角棱镜4的光轴方向分别垂直于各自的直角棱边，且与通光端面平行，直角棱镜3和直角棱镜4的结构角β取值范围为38.5°～39°。光束正入射直角棱镜1，进入到直角棱镜1后的光被分成两束光，但这两束光并不分开，只是传播速度有差别。当这两束光进入直角棱镜2时，其中一束将偏离原方向侧向输出，而另一束方向没有改变，直角棱镜1、2、3、4结构及组合方式限制了侧向光不能通过整个系统，而让没有发生方向改变的另一束光通过。对平行光而言，此时系统处于消光状态，无光信息输出。如果此时入射光束有发散角，经过直角棱镜2没有发生方向改变的那束光会被分解成振动方向相互垂直的两部分，它们通过直角棱镜3、4组合后将产生干涉，干涉现象与入射光发散角相关。如果入射光发散角度大，干涉场中会出现圆条纹，从条纹数量可以获取角度信息，角度与条纹数成平方根关系；如果入射光发散角度小(或不可见光)，干涉条纹将消失，但从透射光强度变化能反映出发散角的差异，通过测量消光情况可以判断或检测出相关角度信息，直角棱镜1、2结构角会影响检测精度，直角棱镜1为光的入射端，直角棱镜4为出射端，单向使用。

调整直角棱镜1和直角棱镜2光轴相互垂直后用光学胶合剂固定，构成一个分束系统；将直角棱镜3和直角棱镜4按照光轴相互平行方式采用中间空气隙手段固定，构成一个检偏干涉系统。按照图示排列方式，首先调整分束系统与检偏干涉系统在近平行光入射情况下成最佳消光状态，随后固定两者间的相对方位组成整体系统。发明对器件端面形状没有规定，器件适用的波长范围为300nm～3500nm，适合角度测量范围10″到3°，平行光入射时的消光比优于1×10^-5，抗光损伤阈值10W/cm²(连续)。

附图说明：

图是本发明的结构示意图。

标号说明：1直角棱镜、2直角棱镜、3直角棱镜、4直角棱镜、α结构角、β结构角。

具体实施方式：

由图所示，选择无包裹体无疖瘤的光学级的冰洲石晶体，经定向切割研磨抛光，分别做成直角棱镜1、直角棱镜2、直角棱镜3、直角棱镜4，各棱镜的光轴和角度误差控制在1′内，其中直角棱镜1和直角棱镜2的结构角设定为38°，直角棱镜3和直角棱镜4的结构角为39°。直角棱镜1与直角棱镜2采用中性树脂胶合成分光系统，胶合后调整其前后通光面间平行度，使光束偏离角小于3′；直角棱镜3与直角棱镜4采用空气隙胶合工艺构成检偏干涉系统，空气隙厚度控制在20um左右，两个棱镜的主截面需保持平行，调整前后通光面间平行度使光束偏离角小于3′。将此分光系统与检偏干涉系统放置在一个同轴光路中，按照图示棱镜斜面方位布置相互位置，直角棱镜1为光的入射端，旋转调整检偏干涉系统致透过的光强为最佳消光状态，然后固定两者组成整体器件。直角棱镜端面镀减反膜有利其性能提高。

本产品主要用途：应用于可见至近红外光束的发散角测量，尤其对大孔径光束或小发散角光束的检测更方便。不仅通过直观观察光强变化，能够快速定性判断被检光束质量的好坏，而且辅以透镜或消光性能测量方法，可以定量检测光束质量的优劣。