[发明专利]一种基于夏克-哈特曼波前传感器的光学系统波像差测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于夏克‐哈特曼波前传感器的光学系统波像差测量装置和测量方法，该装置包括波长可调谐激光器、衰减器、聚焦物镜、Y型光纤耦合器、第一五维调整台、第一物镜、第一小孔板、准直物镜、分光板、第一夏克‐哈特曼波前传感器、成像物镜、待测光学系统、球面反射镜、第二夏克‐哈特曼波前传感器和数据处理模块。该测量装置结合了第一夏克‐哈特曼波前传感器和第二夏克‐哈特曼波前传感器，从测量结果中计算待测光学系统的波像差，只需一套测量装置便可实现不同工作波长光学系统像差的测量。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种基于夏克-哈特曼波前传感器的光学系统波像差测量。

背景技术

夏克-哈特曼波前传感器具有结构简单、测量速度快、抗振能力强、对测量光束的线宽、相干性和偏振态无特殊要求、无需参考光、可实时记录波前变化过程、同时适用于连续光和脉冲光测量等优点。在自适应光学、人眼像差检测、光学元件面形检测、光学系统波像差检测等方面有着广泛的应用。

光学系统的波像差通常需要在工作波长下进行测试，而在实际应用中，光学系统种类繁多，工作波段也不一样，因此，需要根据不同工作波长来搭建相应的波像差测量装置，这在实际应用中既不方便又存在一定的浪费。由于夏克-哈特曼波前传感器具有对测量光束线宽无特殊要求的特点，因此，可以在较大光谱工作范围内保持相同的测量精度。

本发明给出一种基于夏克-哈特曼波前传感器的光学系统波像差测量装置与方法，通过波长可调谐激光器输出与待测光学系统工作波长一致的激光光束，通过第一夏克-哈特曼波前传感器测量系统误差并实时监测测量系统的稳定性，通过第二夏克-哈特曼波前传感器测量系统误差及待测系统的波像差，从测量结果中计算待测光学系统的波像差，因此，只要一个测量装置，便可实现不同工作波长光学系统波像差的高稳定性测量。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于夏克-哈特曼波前传感器的光学系统波像差测量装置，其特征在于，该装置包括波长可调谐激光器(1)、衰减器(2)、聚焦物镜(3)、Y型光纤耦合器(4)、第一五维调整台(5)、第一物镜(6)、第一小孔板(7)、准直物镜(8)、分光板(9)、第一夏克- 哈特曼波前传感器(10)、成像物镜(11)、待测光学系统(12)、球面反射镜(13)、第二夏克-哈特曼波前传感器(14)和数据处理模块(15)；其中，波长可调谐激光器(1)发出特定波长的激光光束，经衰减器(2)和聚焦物镜(3)后耦合入Y型光纤耦合器(4)的总端(400)，然后分别从Y型光纤耦合器(4)的第一分支端(40a)和第二分支端(40b) 出射，Y型光纤耦合器(4)的第一分支端(40a)出射的光束经第一物镜(6)后聚焦到第一小孔板(7)上，经第一小孔板(7)上的第一小孔板小孔(7a)衍射后，获得近于理想的球面波，该球面波经准直物镜(8)准直后，被分光板(9)分成两束，一束光通过分光板(9)，另一束光被分光板(9)反射，透过分光板(9)的光束，进入第一夏克-哈特曼波前传感器(10)，将第一夏克-哈特曼波前传感器(10)的测量结果传到数据处理模块(15)，经数据处理模块(15)处理后得到准直物镜(8)的波像差，被分光板(9)反射的光束经成像物镜(11)后，进入待测光学系统(12)，透过待测光学系统(12)后，由球面反射镜(13)反射后，沿原路返回，分别经过待测光学系统(12)、成像物镜(11)后，透过分光板(9)进入第二夏克-哈特曼波前传感器(14)，将第二夏克-哈特曼波前传感器(14) 的测量结果传到数据处理模块(15)，经数据处理模块(15)处理后得到准直物镜(8)、成像物镜(11)、待测光学系统(12)和球面反射镜(13)的波像差信息，数据处理模块 (15)再根据第一夏克-哈特曼波前传感器(10)测量结果、第二夏克-哈特曼波前传感器 (14)测量结果以及球面反射镜的面形信息，计算得待测光学系统(12)的波像差。

优选地，所述波长可调谐激光器(1)输出与待测光学系统(12)工作波长一致的激光光束。