[发明专利]大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置及方法

权利要求书

1.一种大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置，其特征在于：所述大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置包括激光器、准直镜、起偏器、待测大口径单轴晶体、半透半反镜、会聚镜、积分球功率计、缩束系统物镜、缩束系统目镜、夏克-哈特曼波前传感器以及计算机；所述准直镜、起偏器以及半透半反镜依次设置在激光器的出射光所在光路上；所述半透半反镜将入射至半透半反镜的光进行反射以及透射并分别形成反射光以及透射光；所述会聚镜设置在反射光所在光路上并将反射光会聚至积分球功率计中；所述缩束系统物镜、缩束系统目镜以及夏克-哈特曼波前传感器依次设置在透射光所在光路上；待测大口径单轴晶体置于起偏器和半透半反镜之间；所述计算机分别与积分球功率计、夏克-哈特曼波前传感器以及待测大口径单轴晶体相连。

2.根据权利要求1所述的大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置，其特征在于：所述大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置还包括二维扫描机构，所述待测大口径单轴晶体固定在二维扫描机构上；所述计算机与二维扫描机构相连并通过二维扫描机构带动待测大口径单轴晶体实现二维运动。

3.根据权利要求1或2所述的大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置，其特征在于：所述大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置还包括用于驱动起偏器旋转的驱动器；所述计算机与驱动器相连并通过驱动器带动起偏器旋转。

4.一种基于如权利要求1所述的大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置的测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)激光器输出发散的圆偏振光，经准直镜输出准直圆偏振光，再通过起偏器起偏为线偏振光；经过半透半反镜进行反射以及透射并分别形成反射光以及透射光；反射光经会聚镜聚焦到监视积分球功率计的积分球内；透射光经缩束系统物镜和缩束系统目镜缩束得到缩束光斑，缩束光斑由夏克-哈特曼波前传感器接收，调节夏克-哈特曼波前传感器的方位和俯仰，并实时测量波前，当波前测量zernike像差系数中的x，y方向倾斜像差系数小于0.01个波长时，将此波前测量结果存为系统本底波前Φ_c(x,y)；

2)将待测大口径单轴晶体置入起偏器和半透半反镜之间；

3)激光器输出发散的圆偏振光，经准直镜输出准直圆偏振光，再通过起偏器起偏为线偏振光，经过待测大口径单轴晶体透射，经过半透半反镜进行反射以及透射并分别形成反射光以及透射光；反射光经会聚镜聚焦到监视积分球功率计的积分球内，旋转起偏器，当功率测量值I_监视最大时，得到线偏振光的偏振方向与待测大口径单轴晶体内部o光方向相同；透射光经缩束系统物镜和缩束系统目镜缩束后得到缩束光斑，缩束光斑由夏克-哈特曼波前传感器接收；将夏克-哈特曼波前传感器波前测量结果中的x，y方向倾斜zernike像差系数置零，得到扣除倾斜像差的o光波前为Φ_o(x,y)，将其减去系统本底波前Φ_c(x,y)，得到o光波前变化值Φ_oc(x,y)；

所述o光波前变化值体现晶体加工误差和o光折射率非均匀性；所述o光波前变化值Φ_oc(x,y)的表达式是：

其中：

为待测大口径单轴晶体o光折射率标称值；

δd为待测大口径单轴晶体厚度变化值；

4)确保o光波前测量光路不动，控制起偏器旋转90度，重复步骤3)，当监视积分球功率计的功率测量值I_监视最大时，即确保了线偏振光的偏振方向与待测大口径单轴晶体内部e光方向相同；透射光经缩束系统物镜和缩束系统目镜缩束后得到缩束光斑，缩束光斑由夏克-哈特曼波前传感器接收；将夏克-哈特曼波前传感器波前测量结果中的x，y方向zernike像差系数置零，得到扣除倾斜像差的e光波前为Φ_e(x,y)；将其减去系统本底波前Φ_c(x,y)得到e光波前变化值Φ_ec(x,y)；所述e光波前变化值Φ_ec(x,y)的表达式是：

其中：

为待测大口径单轴晶体e光折射率标称值；

δn_e为待测大口径单轴晶体e光折射率变化值；

为待测大口径单轴晶体厚度标称值；

5)计算待测大口径单轴晶体折射率均匀性：

e光波前相对o光波前测量结果变化值ΔΦ(x,y)为：

所述待测大口径单轴晶体折射率均匀性为：

。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述方法在步骤5)之后还包括：

6)通过计算机控制二维扫描装置使待测大口径单轴晶体按固定步长沿两维方向平移，使测量光束相对扫描待测大口径单轴晶体的全部通光口径，从而得到待测大口径单轴晶体全口径折射率均匀性分布。