CN204514579U - 偏振激光自准直测试仪 - Google Patents

Abstract

一种用于检测、测量以及成像等***中偏振激光自准直测试仪。由激光选偏输出、偏振分光、准直扩束和自准直返回成像四部分组成。本实用新型该偏振激光自准直测试仪，由激光选偏输出、偏振分光、准直扩束和自准直返回成像四部分组成。通过激光选偏输出、偏振分光和准直扩束向检测、测量以及成像等***提供标准的圆偏振平行光源，输出平行光发散角小于0.1mrad，圆偏振的圆不对称性小于0.01％。通过偏振分光、激光选偏输出和自准直返回成像可以全能量返回的实现共光路测量并成像显示，有效隔离返回光使返回进入激光光源光路的能量小于0.01％，实现激光光源不受返回光干扰，同时提高成像对光源能量的利用率达到99％以上。

Description

偏振激光自准直测试仪

技术领域

本实用新型涉及偏振激光自准直测试仪，具体是涉及一种用于检测、测量以及成像等的偏振激光自准直测试仪。

背景技术

标准圆偏振的平行光光源在光学检测、光学测量、生物医学分析以及光学成像等领域均有广泛应用。随着激光技术的迅速发展，采用激光光源作为光学检测、光学测量、生物医学分析以及光学成像***的测试光源越来越受到人们的广泛关注。近年来，国内外对于如何有效利用激光偏振特性，合理的解决激光光源本身偏振特性对于光学检测、光学测量、生物医学分析以及光学成像等***影响的研究正在成为光学领域的热点研究课题之一。

采用激光作为光源具有单色性、单向性和高能量等特点，但是由于激光器生产与制造中形成的激光光源本身固有特性，使得激光作为测试光源也存在其固有的缺点，在偏振应用中主要表现为激光输出偏振量不纯或圆偏振态圆不对称和输出光束平行度相对较低。激光输出偏振量不纯或圆偏振态圆不对称使得其作为测试光源时偏振态难以确定或难以选取，而造成偏振分量互相干扰。另外在高精度分析、检测与测量中多需要理想的平行光束，从而可以通过分析被测物对光束的影响得到需要的测试结果，因此光束平行度的好坏也是影响测试结果的另一关键因素。因此在采用激光作为光源时，如何提高光束平行度且使得输出偏振量单一或偏振圆对称成为研究激光测试光源的主要难点之一。另外在采用共光路自准直成像测试中，如何有效隔离光源与成像光，使得不干扰光源稳定性，同时提高成像能量利用率是激光自准直光学测试的主要难点之一。国内外研究多是对激光平行光源、偏振激光光源、激光自准直成像分别使用，对于三者结合得到偏振激光自准直测试仪，并用于光学测试、光学分析与光学成像的少见相关报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于检测、测量以及成像等***中偏振激光自准直测试仪。该偏振激光自准直测试仪可以使检测、测量以及成像等***实现自准直返回成像，并为之提供光束平行度良好，输出标准圆偏振返回线偏振且成像光与光源隔离的平行光光源。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种偏振激光自准直测试仪，特征在于其构成包括光源激光器，沿该光源激光器输出光束方向依次是P偏振片、布儒斯特楔形棱镜、1/2波片、凸透扩束聚焦物镜组和偏振分光棱镜，在所述的偏振分光棱镜的反射光方向依次是1/4波片和凸透准直物镜组，在所述的偏振分光棱镜的反射光方向的对侧，即待测物体反射光经所述的偏振分光棱镜的透射光方向依次是凸透镜、凹透镜和CCD，所述的凸透镜和凹透镜构成自准直成像CCD镜头，成像在所述的CCD的靶面上。

所述的1/2波片采用0级1/2波片，所述的1/4波片采用0级1/4波片。

所述的偏振分光棱镜分光面镀有对S光反射，反射率大于99％，对P偏振光透射，透射率大于99％的偏振分光膜。

所述的凸透准直物镜组的口径设置为凸透扩束聚焦物镜组口径的15倍以上。

光源激光器输出光束首先经过P偏振片选择激光光源输出中的P偏振分量输出，向前到楔形棱镜，并以布儒斯特角入射楔形棱镜，布儒斯特入射的特性对P偏振输出激光再次净化，把P偏振片选偏不掉的S偏振分量通过入射面反射掉。光线透过布儒斯特角楔形棱镜后的P偏振分量与剩余S偏振分量达到10000:1。然后光线继续向前到达一片1/2波片，波片的参考波长为光源激光器输出波长。透过1/2波片输出光转换后P偏振分量与S偏振分量比转变为1:10000的高纯度S偏振光。从光源激光器输出依次透过P偏振片、布儒斯特角楔形棱镜和1/2波片后激光输出的发散角保持不变，为激光器原始输出光发散角约为1～1.5rmad。光线透过1/2波片后达到凸透扩束聚焦物镜组。经凸透扩束聚焦物镜组聚焦后输出标准球面光，向前进入偏振分光棱镜后经偏振分光棱镜分光面反射后转向90°。偏振分光棱镜分光面镀有对S偏振光反射，对P偏振光透射的偏振分光膜。光通过1/2波片后以S偏振态前进，到经过偏振分光棱镜反射后到达一片1/4波片，向前透过1/4波片后在1/4波片的作用下S偏振光的偏振方向旋转π/4角度，成为标准圆偏振光。这里由于入射的S偏振光纯度达到1:10000，在经过1/4波片转动π/4角度后，输出圆偏振光的圆不对称性小于0.01％。透过1/4波片后的标准圆偏振球面光向前到达输出凸透准直物镜组，输出凸透准直物镜组的口径设置为凸透扩束聚焦物镜组口径的15倍以上，实现扩束准直输出部分的扩束倍数大于15，使得输出的标准平行光发散角小于0.1mrad。

当凸透准直物镜组输出的发散角小于0.1mrad的标准平行光照射在被测试物体上时，带上测试信息的返回光会反向通过凸透准直物镜组，由S偏振光旋转标准π/4角度的得到的标准圆偏振返回信息光反向前进再到达1/4波片，在透过1/4波片后在1/4波片的作用下偏振态再旋转标准π/4角度后，返回测试光的偏振态又转换为10000:1的高纯度P偏振光，P偏振返回测试光反向前进再次进入偏振分光棱镜，由于偏振分光棱镜分光面的分光膜特性，使得返回光的99％透过分光面向前透过分光棱镜，只有1/10000的剩余S分量反射回光源光路，对于光源的影响几乎可以忽略。99％的P偏振返回信息光透过偏振分光棱镜向前到达自准直成像CCD镜头，成像在CCD靶面上，通过CCD输出测试结果。这里自准直成像CCD镜头在光线前进方向上依次由一片凸透镜和一片凹透镜组成。

本实用新型的技术效果：

本实用新型偏振激光自准直测试仪，通过激光选偏输出、偏振分光和准直扩束向检测、测量以及成像等***提供标准的圆偏振平行光源，输出平行光的发散角小于0.1mrad，圆偏振的圆不对称性小于0.01％。通过偏振分光、激光选偏输出和自准直返回成像可以全能量返回的实现共光路测量并成像显示，有效隔离返回光，使返回进入激光光源光路的能量小于0.01％，激光光源不受返回光干扰，同时提高成像对光源能量的利用率达到99％以上。

附图说明

图1：为本实用新型偏振激光自准直测试仪光路图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

先请参阅图1，图1为本实用新型偏振激光自准直测试仪光路示意图，由图可见，本实用新型偏振激光自准直测试仪由激光选偏输出、偏振分光、准直扩束和自准直返回成像四部分组成。

图1中，光源激光器1输出光束首先经过一片P偏振片2选择激光光源输出中的P偏振分量输出，向前到达布儒斯特楔形棱镜3，并以布儒斯特角入射楔形棱镜，布儒斯特角入射的特性对P偏振输出激光再次净化，把P偏振片3选偏不掉的S偏振分量通过入射面反射掉。光线透过布儒斯特角楔形棱镜3后的P偏振分量与剩余S偏振分量达到10000:1。然后光线继续向前到达一片1/2波片4，1/2波片4的参考波长为光源激光器1输出波长，1/2波片4采用0级波片。透过1/2波片4输出光转换后，P偏振分量与S偏振分量比转换为1:10000的高纯度S偏振光。从光源激光器1输出依次透过P偏振片2、布儒斯特角楔形棱镜3和1/2波片4后激光输出的发散角保持不变，为光源激光器1原始输出光发散角约为1～1.5rmad。光线透过1/2波片4后达到凸透扩束聚焦物镜组5。经凸透扩束聚焦物镜组5聚焦后输出标准球面光，向前进入偏振分光棱镜9后经偏振分光棱镜分光面反射后转向90°。偏振分光棱镜9分光面镀有对S光反射，反射率大于99％，对P偏振光透射，透射率大于99％的偏振分光膜。光通过1/2波片4后以S偏振态光前进，经过偏振分光棱镜9反射后到达1/4波片10，1/4波片10采用0级1/4波片。光线向前透过1/4波片10后在1/4波片10的作用下S偏振光偏振方向旋转标准π/4角度，成为标准圆偏振光。这里由于入射S偏振光纯度达到1:10000又经过0级的1/4波片10旋转标准π/4角度，输出圆偏振光的圆不对称性达到小于0.01％。透过1/4波片10后的标准圆偏振球面光向前到达输出凸透准直物镜组11，输出凸透准直物镜组11的口径设置为凸透扩束聚焦物镜组5口径的15倍以上，实现扩束准直输出部分扩束倍数大于15，使得透过输出凸透准直物镜组11输出的平行光发散角小于0.1mrad。

当凸透准直物镜组11输出的发散角小于0.1mrad的标准平行光照射在被测试物体上时，带上测试信息的返回光会再反向通过凸透准直物镜组11，由S偏振光旋转标准π/4角度得到的标准圆偏振返回测试光反向前进到达1/4波片10，透过1/4波片10后在1/4波片10的作用下偏振态再旋转标准π/4角度，返回测试光偏振态又转变为10000:1的P偏振光，P偏振返回测试光反向前进再次进入偏振分光棱镜9，由于偏振分光棱镜分光面的分光膜特性，使得返回光的99％透过分光面向前透过分光棱镜9，只有1/10000的剩余S分量反射回光源光路，对于激光光源1的影响几乎可以忽略。99％的P偏振返回测试光透过偏振分光棱镜9向前到达自准直成像CCD镜头，成像在CCD6靶面上，通过CCD输出测试结果。自准直成像CCD镜头在光线前进方向上依次由一片凸透镜8和一片凹透镜7组成。

实验表明，本实用新型该偏振激光自准直测试仪，通过激光选偏输出、偏振分光和准直扩束可向检测、测量以及成像等***提供标准的圆偏振平行光源，输出平行光的发散角小于0.1mrad，圆偏振的圆不对称性小于0.01％。通过偏振分光、激光选偏输出和自准直返回成像，可以全能量返回的实现共光路测量并成像显示；有效隔离返回光，使返回进入激光光源光路的能量小于0.01％，激光光源不受返回光干扰，同时提高成像对光源能量的利用率达到99％以上。

Claims (4)

1.一种偏振激光自准直测试仪，特征在于其构成包括光源激光器(1)，沿该光源激光器(1)输出光束方向依次是P偏振片(2)、布儒斯特楔形棱镜(3)、1/2波片(4)、凸透扩束聚焦物镜组(5)和偏振分光棱镜(9)，在所述的偏振分光棱镜(9)的反射光方向依次是1/4波片(10)和凸透准直物镜组(11)，在所述的偏振分光棱镜(9)的反射光方向的对侧，即待测物体反射光经所述的偏振分光棱镜(9)的透射光方向依次是凸透镜(8)、凹透镜(7)和CCD(6)，所述的凸透镜(8)和凹透镜(7)构成自准直成像CCD镜头，成像在CCD(6)的靶面上。

2.根据权利要求1所述的偏振激光自准直测试仪，其特征在于所述的1/2波片(4)采用0级1/2波片，所述的1/4波片(10)采用0级1/4波片。

3.根据权利要求1所述的偏振激光自准直测试仪，其特征在于所述的偏振分光棱镜(9)分光面镀有对S光反射，反射率大于99％，对P偏振光透射，透射率大于99％的偏振分光膜。

4.根据权利要求1至3任一项所述的偏振激光自准直测试仪，其特征在于所述的凸透准直物镜组(11)的口径设置为凸透扩束聚焦物镜组(5)口径的15倍以上。