[发明专利]一种高精度测量光学元件体内光斑大小的测试装置及方法

说明书

本发明涉及到一种高精度测量光学元件体内光斑大小的测试装置，所述测试装置结构上包括有激光器(1)、衰减器(2)、聚焦透镜(3)、平行光管(4)、成像镜头(5)、CCD相机(7)、第一电动位移平台(10)、第二电动位移平台(8)、分划板(9)和计算机(11)，还涉及一种应用所述的测试装置测量光学元件体内光斑大小的方法。本发明的测试装置和测试方法能够精确的计算出待测光学元件内任意位置处的光斑大小，解决了传统测试方法中无法直接测量光学元件任一位置光斑大小以及理论计算精度较低等问题，为光学元件的激光加工、非线性效应以及激光损伤等方面的生产和研究提供了更多的帮助。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及到一种高精度测量光学元件体内光斑大小的测量装置及测量方法。

背景技术

在超短脉冲激光加工、非线性光致稠翻转以及激光损伤等课题的研究中，均需要将激光聚焦至光学元件体内，而光学元件体内的光斑尺寸变化情况成为以上科学研究中的关键参数，如何能够精密的测量光学元件内部不同位置的光斑尺寸成为激光精密加工、探究元件激光损伤特性以及提高元件抗激光损伤能力的核心问题。

在传统光学元件内部光斑测试方法中，由于CCD相机不能直接测量元件内部的光斑大小，因此只能通过测量空气中的焦点大小作为元件内光斑焦点尺寸，但是由于元件内部不同位置的光斑大小无法直接测量，并且光学元件折射率以及光束在元件传输过程中的衍射等问题，使得光学元件内部不同位置的光斑尺寸很难精确的测量。而传统的理论推导光学元件内部光斑尺寸方法中，对于高斯脉冲激光很难准确的判断聚焦前束腰位置距离聚焦透镜的距离，并且无法规避不同光学元件所涉及的衍射问题，从而影响结果精度。由于现有的光学元件内部光斑大小测试方法很难保证测试的精度，因此需要发明一种高精度测量光学元件内部光斑大小的装置及方法。这对开展激光加工、材料非线性效应以及损伤特性的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高精度测量光学元件体内光斑小的测试装置及方法。本发明目的是解决传统测试方法中由于光斑成像系统无法置入元件内部测量，以及理论计算过程中无法精准测量高斯激光聚焦前的束腰位置与透镜距离和无法解决激光在元件中传输的衍射等问题，本发明的装置和方法通过对比测量和理论推导，从而精确得到光学元件内不同位置的光斑大小。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种高精度测量光学元件体内光斑大小的测试装置，其特征在于，所述测试装置结构上包括有激光器、衰减器、聚焦透镜、平行光管、成像镜头、CCD相机、第一电动位移平台、第二电动位移平台、分划板和计算机；

所述激光器用于产生射向待测光学元件的入射激光，在所述激光器的出射光路上依次设有所述的衰减器、聚焦透镜和分划板，该分划板处于所述聚焦透镜的焦点位置；

在所述的第一电动位移平台上设有所述的分划板、待测光学元件、成像镜头和第二电动位移平台，所述的CCD相机设置于第二电动位移平台上，在光路校准时所述的成像镜头处于分划板与CCD相机之间的光路上，在测试时所述的待测光学元件处于分划板与CCD相机之间的光路上；

所述的平行光管靠近所述的第一电动位移平台，该平行光管的出射光照向分划板和待测光学元件以进行校准；

所述计算机连接数据输出卡，该数据输出卡连接所述的激光器，所述CCD相机采集的光斑大小数据信息输入至所述的计算机中。

在本发明的一种高精度测量光学元件体内光斑大小的测试装置中，入射到所述待测光学元件的激光能量密度低于其表面以及内部的激光损伤阈值。

在本发明的一种高精度测量光学元件体内光斑大小的测试装置中，所述激光器发出的激光波长为1064mm或532mm或355mm，激光的脉冲宽度的调整范围为10fs～20ms，