CN103033340B - 大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法，该大口径取样光栅取样率的测试装置包括激光器、分束镜、第一积分球功率计、第二积分球功率计、用于对大口径取样光栅进行扫描的二维扫描镜组以及控制与采集处理***；分束镜设置于激光器的出射光路上；第一积分球功率计置于经分束镜的透射光路上；二维扫描镜组置于经分束镜的反射光路上；第二积分球功率计置于经二维扫描镜组后透过被测取样光栅的-1级衍射光路上；第一积分球功率计以及第二积分球功率计分别与控制与采集处理***相连。本发明提供了一种可解决大口径取样光栅取样率的测试问题，并很好的保证了测试精度的大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法。

Description

大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种光栅取样率的测试装置及测试方法，尤其涉及一种大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法。

背景技术

在惯性约束聚变***的终端靶场子***中，在三倍频激光进入终端靶场之前，需要采用取样光栅(BSG)将透射的三倍频激光按一定的比例取样到激光参数诊断***。取样光栅是适用于整个波长范围的取样元件，它可应用于大口径光束的取样，在基本不影响主光束的前提下，为激光参数诊断***提供取样光束。为了保证主光束打靶的能量，取样光束的取样效率一般在5‰以下。受限于光栅加工设备与制作工艺，往往加工出的大口径取样光栅取样率一般与设计值存在偏差，因此，大口径取样光栅的取样率精确标定十分重要。

目前常用的传统测试方法有以下两种：

方法1：将激光经平行光管准直成与取样光栅有效通光口径相匹配的平行光束，在取样光栅主光束与-1级衍射处由两个功率计测试激光功率(或能量计测量激光能量)，计算取样光栅的取样系数。该方法缺点为：测试时需使用大口径平行光管与大口径功率计(能量计)，测试设备研制加工费用高(至少几百万)，经济性差。目前均不采用此方法。

方法2：将小口径激光光束在大口径取样光栅上不同区域随机取几点进行测试，该方法的缺点：不能定量反映整个取样光栅全口径的光栅取样率，在不同区域测试时，均需调整入射激光与被测光栅的夹角，耗时相对较长。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可解决大口径取样光栅取样率的测试问题，并很好的保证了测试精度的大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种大口径取样光栅取样率的测试装置，其特殊之处在于：所述大口径取样光栅取样率的测试装置包括激光器、分束镜、第一积分球功率计、第二积分球功率计、用于对大口径取样光栅进行扫描的二维扫描镜组以及控制与采集处理***；所述分束镜设置于激光器的出射光路上；所述第一积分球功率计置于经分束镜的透射光路上；所述二维扫描镜组置于经分束镜的反射光路上；所述第二积分球功率计置于经二维扫描镜组后透过被测取样光栅的-1级衍射光路上；所述第一积分球功率计以及第二积分球功率计分别与控制与采集处理***相连。

上述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于激光器和分束镜之间的平行光管。

上述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于激光器和平行光管之间的耦合器。

上述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于平行光管出瞳口的光阑。

上述平行光管是宽波段离轴反射式平行光管。

上述光阑是用于减少激光衍射效应的软变光阑。

上述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括用于控制二维扫描镜组并与二维扫描镜组刚性连接的电控平移台。

一种用于大口径取样光栅取样率的测试装置的大口径取样光栅取样率的测试方法，其特殊之处在于：所述大口径取样光栅取样率的测试方法包括以下步骤：

1)通过第一积分球功率计获取入射到取样光栅的激光功率：

2)通过二维扫描镜组使激光器对大口径取样光栅进行垂直扫描，并通过第二积分球功率计获取被测取样光栅-1级衍射处的实时功率；

3)取步骤2)所得到的被测取样光栅-1级衍射处的激光功率与步骤1)所得的取样光栅的主光束激光功率的比值得到大口径取样光栅取样率。

上述步骤2)中进行扫描时是对大口径取样光栅进行S型逐行进行二维扫描，并得到m个经大口径取样光栅各个扫描口径内-1级衍射处的激光功率。

上述大口径取样光栅取样率的测试方法在步骤3)之后还包括：

4)取步骤3)所得到的大口径取样光栅各个扫描口径内的取样率进行平均得到大口径取样光栅的平均取样率。

本发明的优点在于：

1、可解决大口径取样光栅取样率的测试问题。本发明将传统的随机采点的方式替换为扫描装置进行逐行扫描，可借助小口径平行光管对大口径取样光栅进行测试，测试成本低，同时，利用该扫描装置可对大口径取样光栅不同区域进行测试，可测出其取样率均匀性，对光栅制作工艺做出科学评价。第三，测试耗时短，由于采用电控平移台扫描，扫描到位后，触发激光功率计同步采集激光功率值，并存储。存储后按规定扫描路径扫描测试。对口径400mm×400mm有效通光口径的光栅测量，耗时小于3分钟。

2、测量精度高。本发明所采用的第一积分球功率计与第二积分球功率计同步采集，减少激光器功率不稳定对测试的影响，稳定性强，同时，第一积分球功率计与第二积分球功率计采用不同量程，可有效解决低取样率(取样率小于5‰以下甚至更低)测试，其测量精度高。本发明可对大口径取样光栅实现定量全口径测试，相对测量误差小于1％。

3、应用范围广。本发明采用宽波段离轴反射式平行光管，可满足从紫外、可见光至近红外等不同激光波段下工作，适用范围广。

附图说明

图1是本发明所提供的测试装置的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种大口径取样光栅取样率的测试方法及装置，该装置包括激光器1、耦合器2、离轴反射式平行光管3、软变光阑4、分束镜5、两维电控扫描镜组(X方向扫描镜7以及Y方向扫描镜8)、积分球功率计(第一积分球功率计6以及第二积分球功率计10)及控制与采集处理***11。

分束镜5置于激光器1的出射光路上；第一积分球功率计6置于经分束镜5的透射光路上；二维扫描镜组置于经分束镜5的反射光路上；第二积分球功率计10置于经二维扫描镜组后透过被测取样光栅9的-1级衍射的光路上；第一积分球功率计6以及第二积分球功率计10分别与控制与采集处理***11相连。

同时，大口径取样光栅取样率的测试装置还包括置于激光器1和分束镜5之间的平行光管3以及置于激光器1和平行光管3之间的耦合器2。

在大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于平行光管出瞳口的光阑。

平行光管是宽波段离轴反射式平行光管。

光阑是用于减少激光衍射效应的软变光阑。

大口径取样光栅取样率的测试装置还包括用于控制二维扫描镜组并与二维扫描镜组刚性连接的电控平移台。

本发明在提供大口径取样光栅取样率的测试装置的同时还提供了一种大口径取样光栅取样率的测试方法，该方法包括以下步骤：

1)通过第一积分球功率计获取入射到取样光栅9(BSG)的激光功率W₁；

2)通过扫描镜组使激光器对大口径取样光栅进行S型逐行垂直扫描，并通过第二积分球功率计获取m个被测取样光栅-1级衍射处的实时功率W₂；

3)取步骤2)所得到的被测取样光栅-1级衍射处的实时功率W₂与步骤1)所得的注入到大口径取样光栅的激光功率W₁的比值得到大口径取样光栅在此扫描口径内的取样率。

4)取步骤3)所得到的大口径取样光栅各个扫描口径内的取样率进行平均得到大口径取样光栅的平均取样率。

本发明工作时，将激光器1经耦合器2耦合到平行光管3，准直成平行光输出。在平行光管出瞳口放置软变光阑4。软变光阑口径为L×Lmm，将大口径取样光栅9夹持于工位上，控制二维电控扫描镜组，使激光光束垂直于取样光栅9扫描，第一积分球功率计6接收透过分束镜5后的激光功率，第二积分球功率计10接收经被测光栅(BSG)9-1级衍射处的取样激光功率。由第一积分球功率计6监视激光器1输出功率，同时借助分束镜5与扫描镜组，可监视注入到大口径取样光栅9处的实时功率，第一积分球功率计6所测激光功率与入射到取样光栅(BSG)9的激光功率比为1:ρ(分光比可事先标定)，第一积分球功率计6与第二积分球功率计10的激光功率值分别为W₁与W₂，则取样光栅在此处的取样率为： $\mathrm{\η}=\frac{W_2}{{\mathrm{\ρW}}_1}\×100\%.$

具体扫描操作步骤：1)控制二维扫描镜组，使扫描光束入射到取样光栅右下角。2)在X方向上按步长Lmm扫描，每扫一步，扫描到位后，产生触发信号，由第一积分球功率计6与第二积分球功率计10同步采集的激光功率并存储。3)当X方向扫描完成后，沿Y方向上扫描一步，再沿X方向扫描，同时采集激光功率。4)以此类推，直到将整个取样光栅全口径扫描完毕。

在第n步扫描时，同步采集第一积分球功率计6功率为W_1n、第二积分球功率计10功率为W_2n，则在此处的光栅取样率为：若m步可扫完整个光栅有效口径，则光栅的取样率为：取样率均匀性为： $\frac{\sqrt{\underset{n=1}{\overset{m}{\Σ}}{({\mathrm{\η}}_n-\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}})}^2}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}\×100\%.$

Claims (3)

1.一种用于实现大口径取样光栅取样率的测试装置的大口径取样光栅取样率的测试方法，

所述大口径取样光栅取样率的测试装置包括激光器、分束镜、第一积分球功率计、第二积分球功率计、用于对大口径取样光栅进行扫描的二维扫描镜组以及控制与采集处理***；所述分束镜设置于激光器的出射光路上；所述第一积分球功率计置于经分束镜的透射光路上；所述二维扫描镜组置于经分束镜的反射光路上；所述第二积分球功率计置于经二维扫描镜组后透过被测取样光栅的-1级衍射光路上；所述第一积分球功率计以及第二积分球功率计分别与控制与采集处理***相连；

所述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于激光器和分束镜之间的平行光管；

所述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于激光器和平行光管之间的耦合器；

所述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括设置于平行光管出瞳口的光阑；

所述平行光管是宽波段离轴反射式平行光管；

所述光阑是用于减少激光衍射效应的软变光阑；

所述大口径取样光栅取样率的测试装置还包括用于控制二维扫描镜组并与二维扫描镜组刚性连接的电控平移台；

其特征在于：所述大口径取样光栅取样率的测试方法包括以下步骤：

1)通过第一积分球功率计获取入射到取样光栅的激光功率：

2)通过二维扫描镜组使激光器对大口径取样光栅进行垂直扫描，并通过第二积分球功率计获取被测取样光栅-1级衍射处的实时功率；

3)取步骤2)所得到的被测取样光栅-1级衍射处的激光功率与步骤1)所得的取样光栅的主光束激光功率的比值得到大口径取样光栅取样率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中进行扫描时是对大口径取样光栅进行S型逐行进行二维扫描，并得到m个经大口径取样光栅各个扫描口径内-1级衍射处的激光功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述大口径取样光栅取样率的测试方法在步骤3)之后还包括：

4)取步骤3)所得到的大口径取样光栅各个扫描口径内的取样率进行平均得到大口径取样光栅的平均取样率。