CN103674498A

CN103674498A - 一种光栅取样参数检测装置

Info

Publication number: CN103674498A
Application number: CN201410007108.3A
Authority: CN
Inventors: 刘旭; 陈波; 达争尚; 任寰; 刘勇; 姜宏振; 柴立群; 杨晓瑜; 彭志涛; 杨�一
Original assignee: Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Current assignee: Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: CN103674498B

Abstract

本发明提供一种光栅取样参数检测装置，光源发出的测量光经小口径汇聚透镜和滤光孔后形成球面点光源，然后入射至光栅，透过光栅的测量光束被汇聚大透镜准直后经软边光阑垂直入射至平面镜反射，被平面镜反射的测量光按原路返回至光栅刻蚀面，再经光栅刻蚀面衍射得到“零级”和“一级”衍射光，其中，“零级”光被取样镜I和取样镜II取样后入射至功率计I，“一级”光直接入射至固定在光栅尺上的功率计II中，通过控制数据实时采集***分别接收“零级”和“一级”衍射点的光束能量和位置，通过计算得到各取样参数的测量值。本发明具有操作简单、测量效率高、测量重复性和稳定性高的特点。

Description

一种光栅取样参数检测装置

技术领域

本发明属于光学元件检测设备领域，具体涉及一种适用于光束取样光栅取样参数的全口径检测领域。

背景技术

在高功率激光驱动器的终端光学聚焦***中,采用光束取样光栅（Beam Sampling Grating, 以下简称光栅）将透射的三倍频激光按一定比例进行取样，再将取样光束送入能量计中进行能量诊断，并以诊断的取样光能量推算输出激光的总能量。因此，取样光束能量的准确性直接关系推算的高功率激光驱动器输出总能量的准确性。一方面，作为能量取样的关键元件，光栅的取样效率直接决定取样光束的能量，取样效率的偏差易导致取样光束能量偏离能量计响应范围，造成诊断数据的不可靠，甚至可能导致能量计损坏的情况。另一方面，光栅的取样角度和取样距离直接关系着光栅在高功率激光驱动器中的安装定位精度，从而保证取样光束按设计要求入射至指定能量计。因此，在光栅使用前必须对其取样参数进行测量，以客观正确的测量数据评价光栅的合格性。这对于提高光栅加工工艺水平，保证元件使用的可靠性有重要的意义。

对于光栅取样参数的测量，不仅需测量光栅刻蚀中心区域，更重要的是保证测量状态与光栅的实际使用状态的一致性。这就要求测量时，测量光束应按光栅实际使用时相同的入射角和光束口径入射至光栅的迎光面。目前，光栅取样参数检测手段是各加工单位或使用单位临时搭建的测量光路，存在较多的问题，包括：(1)测量光束口径远小于光栅通光口径，其测量结果仅能代表小区域的取样参数状况；(2)测量光束未按使用角度入射至光栅，导致测量结果与实际使用时存在较大偏差；(3)临时搭建的测量光路具有不稳定性，测量结果可比性较差。而光束取样光栅的取样参数全口径检测装置，其原理是基于光栅掩膜曝光及光栅实际使用情况进行测量，其特点是能实现光栅取样参数的全口径测量，测量状态能完全模拟光栅实际使用状态。同时，该装置测量具备非接触、无破坏性、安全可靠、测量精度高、运行成本低等特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光栅取样参数检测装置。

本发明的光栅取样参数检测装置，其特点是：所述检测装置中的激光器发出的测量光束被反射棱镜反射至小口径汇聚透镜，然后会聚于滤光孔，经过滤光孔后形成球面点光源，然后入射至光栅，透过光栅的测量光束被大口径汇聚透镜准直后经过软边光阑再垂直入射至平面镜，被平面镜反射的测量光按原路返回至光栅刻蚀面，再经光栅刻蚀面衍射得到“零级”和“一级”衍射光，其中，“零级”光被取样镜I和取样镜II取样后入射至功率计I，“一级”衍射光直接入射至固定在光栅尺上的功率计II，可利用焦斑显微***观察“一级”衍射光焦斑状态，通过控制数据实时采集***分别接收“零级”和“一级”衍射点的光束能量和位置，通过计算得到各取样参数的测量值。

所述激光器输出光束波长为351nm。

所述的软边光阑安装于二维平移机构上，二维平移机构的移动方向与平面反射镜平行。

所述的取样镜I和取样镜II的反射率均为4%；小口径汇聚透镜和大口径汇聚透镜的透射率均大于80%。

本发明的检测装置具有“一级”衍射焦斑位置判定、数据实时采集和处理、测量光束口径和位置可调的功能，同时该装置操作简单，具有较高的测量重复性和复现性。

本发明的光栅取样参数全口径检测的装置的原理是，激光器发出的测量光束被反射棱镜反射至小口径汇聚透镜，然后会聚于滤光孔，经过滤光孔后形成球面点光源，然后入射至光栅，透过光栅的测量光束被大口径汇聚透镜准直，再经过软边光阑后垂直入射至平面镜，被平面镜反射的测量光按原路返回至光栅刻蚀面，再经光栅刻蚀面衍射得到“零级”和“一级”衍射光，其中，“零级”衍射光被取样镜I和取样镜II取样后入射至功率计I，“一级”衍射光直接入射至固定在光栅尺上的功率计II，可利用焦斑显微***观察“一级”衍射光焦斑状态，通过控制数据实时采集***分别接收“零级”和“一级”衍射焦点的光束能量和位置，通过计算得到各取样参数的测量值。

测量过程是：1)通过精确测量“零级”和“一级”衍射光的功率实现光栅的取样效率的测量；2)通过光栅尺精确定位“零级”和“一级”衍射点位置实现光栅的取样效率和取样距离的精确测量；3)采用软边光阑控制测量光束口径，即能使测量光束全覆盖待测光栅的通光口径，又能使使测量光束口径变小达到测量光栅不同区域取样效率的目的。测量装置包括激光器、反射棱镜、小口径汇聚透镜、滤光孔、光栅、大口径汇聚透镜、软边光阑、平面镜、分划板、焦斑显微***、取样镜Ⅰ、取样镜Ⅱ、功率计I、光栅尺、功率计II、二维平移机构。

采用单色性较好的激光器作为测量光源，激光器输出光束波长为351nm，也可选择与光束取样光栅的实际使用波长一致的其他激光器。

功率计I和功率计II分别放置于“零级”和“一级”衍射光的焦点位置，同时，功率计II安装于光栅尺上并可实现精密二维移动。根据功率计I和功率计II的功率比值，计算得到“零级”和“一级”衍射光的能量比值（即光栅的取样效率）。根据光栅尺的读数获得“一级”衍射光焦点的位置，通过计算可得到“零级”和“一级”衍射光之间的夹角（即光栅的取样角）；根据光栅尺读数可得到光栅的取样距离。

焦斑显微***安装于光栅刻蚀中心与“一级”衍射光焦点连线的延长线上，用于观察“一级”衍射焦点状态，也可以通过CCD监控“一级”衍射光焦点。

小口径汇聚透镜和大口径汇聚透镜实现共焦安装，保证测量光束经汇聚透镜和大口径汇聚透镜后变为平行光。

滤光孔安装于小口径汇聚透镜焦点位置，用于滤除杂散光。

软边光阑安装于二维平移机构上，通过电机控制实现二维平移。在光栅的取样效率均匀性测量时，二维平移机构带动软边光阑实现二维移动，测量光栅不同区域的取样效率。

本发明的有益效果是：能够全口径检测光栅取样参数，光栅的测量状态与其实际使用状态完全一致，测量结果具有较高的重复性和复现性。采用焦斑显微***定位“一级”衍射焦斑，可减小焦斑定位误差，保证检测结果的精确性。测量光束口径可调，便于测量局部区域的取样参数。这些功能集成在光栅取样参数全口径检测的装置上，容易使用。

附图说明

图1是本发明的光栅取样参数检测装置结构示意图；

图中，1.激光器 2.反射棱镜 3.小口径汇聚透镜 4.滤光孔 5.待测光栅 6.大口径汇聚透镜 7.软边光阑 8.平面镜 9.分划板 10.焦斑显微*** 11.取样镜I 12.取样镜II 13.功率计I 14.光栅尺 15.功率计II 16.二维平移机构。

具体实施方式

如图1所示，本发明光栅取样参数检测装置,含有激光器 1、反射棱镜 2、小口径汇聚透镜 3、滤光孔4、光栅 5、大口径汇聚透镜 6、软边光阑 7、平面镜 8、分划板 9、焦斑显微*** 10、取样镜I 11、取样镜II 12、功率计I 13、光栅尺 14、功率计II 15、二维平移机构 16。光栅取样参数检测装置特征在于：激光器1发出的测量光束被反射棱镜2反射至小口径汇聚透镜3，然后会聚于滤光孔4，经过滤光孔4后形成球面点光源，然后入射至光栅 5，透过光栅的测量光束被大口径汇聚透镜6准直后经过软边光阑7,然后垂直入射至平面镜8，被平面镜8反射的测量光按原路返回至光栅 5刻蚀面，再经光栅 5刻蚀面衍射得到“零级”和“一级”衍射光，其中，“零级”光被取样镜I 11和取样镜II 12取样后入射至功率计I 13，“一级”衍射光直接入射至固定在光栅尺14上的功率计II 15，可利用焦斑显微*** 10观察“一级”衍射光焦斑状态，通过实时采集 “零级”和“一级”衍射点的光束能量和位置，通过计算得到各取样参数的测量值。

“一级”衍射光焦点的位置可利用焦斑显微***10观察，也可采用CCD代替实现数字图像监控。

光栅的取样效率通过功率计I 13和功率计II 14探测的功率比值确定；光栅的取样角和取样距离的值，可根据光栅尺 15显示的“一级”衍射光焦点位置计算得到。

软边光阑7用于控制测量光束口径和位置，并安装于二维平移机构16上，当测量取样效率时，二维平移机构16将软边光阑7移出测量光路，使测量光束能全覆盖在光栅的通光口径上，实现取样效率、取样角、取样距离的全口径测量；当测量取样效率均匀性时，二维平移机构16将软边光阑7移进测量光路，使软边光阑7可控制测量光束口径，根据功率计I和功率计II的读数计算得到该区域光栅的取样效率，再经过软边光阑7的二维移动实现光栅通光口径内不同区域取样效率的测量。

Claims

1.一种光栅取样参数检测装置，其特征在于：所述检测装置中的激光器（1）发出的测量光束被反射棱镜（2）反射至小口径汇聚透镜（3），然后会聚于滤光孔（4），经过滤光孔后形成球面点光源，然后入射至光栅（5），透过光栅的测量光束被大口径汇聚透镜（6）准直后经过软边光阑（7）再垂直入射至平面镜（8），被平面镜(8)反射的测量光按原路返回至光栅(5)刻蚀面，再经光栅(5)刻蚀面衍射得到“零级”和“一级”衍射光，其中，“零级”光被取样镜I（11）和取样镜II（12）取样后入射至功率计I(13)，“一级”衍射光直接入射至固定在光栅尺（14）上的功率计II(15)，可利用焦斑显微***(10)观察“一级”衍射光焦斑状态，通过控制数据实时采集***分别接收“零级”和“一级”衍射点的光束能量和位置，通过计算得到各取样参数的测量值。

2.根据权利要求1所述的光栅取样参数检测装置，其特征在于：所述激光器(1)输出光束波长为351nm。

3.根据权利要求1所述的光栅取样参数检测装置，其特征在于：所述的软边光阑(7)安装于二维平移机构(16)上，二维平移机构(16)的移动方向与平面反射镜(8) 平行。

4.根据权利要求1所述的光栅取样参数检测装置，其特征在于：所述的取样镜I（11）和取样镜II（12）的反射率均为4%；小口径汇聚透镜（3）和大口径汇聚透镜（6）的透射率均大于80%。