夏克－哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及夏克－哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置，包括刀口、刀口位置精密調節裝置以及依次設置在激光器輸出光路上的準直鏡和傳感器；傳感器與準直鏡的光軸穿好；傳感器的微透鏡陣列的行方向垂直于空間直角坐標系的XOZ平面，列方向平行于空間直角坐標系的OX軸。刀口安裝在刀口位置精密調節裝置上，刀口距微透鏡陣列所在平面的距離小于Lx/(λvmax)，vmax為傳感器的截止頻率，Lx為傳感器在X方向上的工作長度，λ為所述激光器輸出激光的波長；刀口的刃邊與微透鏡陣列的行方向平行，刃邊位于微透鏡陣列下方，刃邊沿準直鏡光軸方向的延長線交于微透鏡陣列最下方一行透鏡的中心處。本實用新型能獲取傳感器在全頻段的響應特性。
【專利說明】
夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于光學領域，設及一種夏克一哈特曼波前傳感器頻率響應特性的標 定裝置。
【背景技術】
[0002] 夏克一哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列和探測器組成，在光學元件和光學系 統波像差測試、強激光參數診斷與控制、大氣端流參數測量、人眼像差測量等領域有廣泛應 用。夏克一哈特曼波前傳感器對光源的時間相干性要求不高，具有結構簡單、易于操作、環 境適應性強、實時性好、動態范圍大等優點。
[0003] 目前，夏克一哈特曼波前傳感器頻率響應特性的標定方法為制作不同頻率的相位 板，用單色平行光波照射相位板，由夏克一哈特曼波前傳感器測量相位板的出射光波，從而 獲取夏克一哈特曼波前傳感器在相應頻率處的響應特性。但是，目前的技術水平尚無法保 證高頻相位板的加工精度，且加工不同頻率相位板的費用很高，相位板法無法獲取夏克一 哈特曼波前傳感器在全頻段的響應特性。 【實用新型內容】
[0004] 根據W上背景，本實用新型提供了一種夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性的標定 裝置，該標定裝置能獲取夏克一哈特曼波前傳感器在全頻段的響應特性。
[0005] 本實用新型基于衍射理論，利用激光器和刀口產生光強、相位的空間頻率均沿夏 克-哈特曼波前傳感器列方向連續變化的衍射波，實現夏克一哈特曼波前傳感器頻率響應 特性的標定。
[0006] 本實用新型的技術方案是：
[0007] 夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置，包括激光器、準直鏡和夏克一哈 特曼波前傳感器;所述準直鏡和夏克一哈特曼波前傳感器依次設置在激光器的輸出光路 上;所述夏克一哈特曼波前傳感器與準直鏡的光軸穿好;所述夏克一哈特曼波前傳感器包 括微透鏡陣列;所述微透鏡陣列的行方向垂直于空間直角坐標系的XOZ平面，列方向平行于 空間直角坐標系的OX軸;其特殊之處在于:標定裝置還包括刀口和刀口位置精密調節裝置； 所述刀口安裝在刀口位置精密調節裝置上，并位于準直鏡和夏克一哈特曼波前傳感器之間 的光路上;標定時，刀口距微透鏡陣列所在平面的距離小于LxAAVmax)，Vmax為夏克一哈特曼 波前傳感器的截止頻率，Lx為夏克一哈特曼波前傳感器在X方向上的工作長度，A為所述激 光器輸出激光的波長;刀口的刃邊與所述微透鏡陣列的行方向平行，刃邊距準直鏡的入瞳 邊緣有一定距離，刃邊位于微透鏡陣列下方，刃邊沿準直鏡光軸方向的延長線交于微透鏡 陣列最下方一行透鏡的中屯、處;所述激光器發出的單色光經準直鏡后出射平行光束，所述 平行光束經刀口的刃邊衍射后，在微透鏡陣列的正前方產生用于夏克一哈特曼波前傳感器 頻響特性標定的衍射光波相位分布，且該衍射光波的相位的空間頻率在夏克一哈特曼波前 傳感器列方向上線性增加。
[0008] 上述刀口位置精密調節裝置由電控轉臺和=維平移臺組成，刀口安裝在電控轉臺 上，結合夏克-哈特曼波前傳感器的實時輸出波前數據，實現刀口位置的自動調節。
[0009] 本實用新型具有如下有益效果：
[0010] 1、本實用新型基于衍射理論，利用準直鏡出射的平行單色激光，經刀口衍射而生 成光強、相位的空間頻率均沿夏克-哈特曼波前傳感器微透鏡陣列的列方向上連續變化的 衍射光波，通過對比夏克-哈特曼波前傳感器所測得波前數據與理論數據，從而可一次性實 現對夏克一哈特曼波前傳感器全頻段頻率響應特性的標定，為波前傳感器的性能提供全面 的判定準則。
[0011] 2、本實用新型利用刀口位置精密調節裝置實現了刀口的刃邊方向與夏克一哈特 曼波前傳感器的微透鏡陣列的行方向的高精度對準，從而提高了頻率響應特性標定的可靠 性。
[0012] 3、本實用新型計算響應時間短，計算結果準確度高。
[0013] 4、本實用新型結構簡單、穩定性高、重復性好，測量結果置信度高。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0015] 圖2為本實用新型的刀口位置精密調節裝置的結構示意圖；
[0016] 圖中，1-激光器，2-準直鏡，3-刀口位置精密調節裝置，31-電控轉臺，32-S維平移 臺，4-夏克一哈特曼波前傳感器，5-微透鏡陣列，6-衍射光波相位分布，7-刀口。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明。
[0018] 圖1所示為本實用新型所提供的夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置的 結構示意圖，它包括激光器1、準直鏡2、夏克一哈特曼波前傳感器4、刀口位置精密調節裝置 3、刀口 7;其中，準直鏡2和夏克一哈特曼波前傳感器4依次設置在激光器1的輸出光路上。
[0019] 夏克一哈特曼波前傳感器4包括微透鏡陣列5,微透鏡陣列的行方向垂直于空間直 角坐標系的XOZ平面，列方向平行于空間直角坐標系的OX軸;夏克一哈特曼波前傳感器4與 準直鏡2的光軸穿好(即微透鏡陣列5中的各微透鏡的光軸均與準直鏡2的光軸平行）。
[0020] 刀口位置精密調節裝置3由電控轉臺31和S維平移臺32組成；刀口7安裝在電控轉 臺31上，并位于準直鏡2和夏克一哈特曼波前傳感器4之間的光路上。標定時，利用=維平移 臺32將刀口7切入光路，通過調整刀口位置精密調節裝置3使刀口7的刃邊與微透鏡陣列5的 行方向平行，刃邊距準直鏡2的入瞳邊緣有一定距離(最好保持至少5mmW上），刃邊位于微 透鏡陣列5下方，刃邊沿準直鏡2光軸方向的延長線交于微透鏡陣列5最下方行透鏡的中屯、 處；刀口7距微透鏡陣列5所在平面的距離略小于LxAAvmax) ,Vmax為夏克一哈特曼波前傳感 器4的截止頻率，Lx為夏克一哈特曼波前傳感器4在X方向上的工作長度。此時，刀口 7的刃邊 衍射光波相位將完全覆蓋夏克一哈特曼波前傳感器4的有效響應頻段。
[0021] 本實用新型的標定原理為：
[0022] 根據衍射理論，單色平行光波經刀口 7的刃邊衍射后，在其后方距離Z處的衍射光 波具有如下的光強、相位分布形式：
[0023]
[0024]
[0025] 平行光波的波長，X表示沿X軸方向微透鏡距刀 口刃邊的距離，Z表示沿Z軸方向微透鏡陣列所在平面離刃邊的距離。
[0026] 刀口 7的刃邊衍射光波的光強和相位分布的變化頻率為：
[0027] Y = x/(Xz) (3)
[0028] 公式(3)表明衍射衍射光波相位分布的變化頻率沿X軸方向線性增加，衍射衍射光 波相位分布的波前信號中含有豐富的頻率成分，基于此對夏克一哈特曼波前傳感器4的頻 響特性進行標定。
[0029] 激光器1發出的單色光經準直鏡2后出射平行光束，該平行光束經刀口 7的刃邊衍 射后，在微透鏡陣列5的正前方將產生用于夏克一哈特曼波前傳感器4頻響特性標定的衍射 光波相位分布6。利用夏克一哈特曼波前傳感器4獲取衍射光波相位分布6的波前數據，并對 該波前數據進行傅里葉變換；同時對理論推導所得衍射光波相位分布的波前數據進行傅里 葉變換，將二者的傅里葉變換結果相除即得到夏克一哈特曼波前傳感器4對不同頻率波前 的響應特性。
[0030] 利用本實用新型對夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性進行標定的方法具體如下： 【注:步驟(2)和步驟(3)的先后順序可W互換】
[0031] (1)打開激光器1，調整夏克一哈特曼波前傳感器4的位置，使其與設置在激光器1 輸出光路上的準直鏡2穿好。
[0032] (2)將刀口位置精密調節裝置3置于圖1中的虛線位置處，控制刀口位置精密調節 裝置3的電控轉臺31，使安裝在其上的刀口 7的刃邊方向與夏克一哈特曼波前傳感器4的微 透鏡陣列5的行方向平行。
[0033] (3)通過S維平移臺32,將刀口 7切入光路中，使刀口 7刃邊位于微透鏡陣列5下方， 并使刀口 7刃邊沿準直鏡2光軸方向的延長線交于微透鏡陣列5最下方行透鏡的中屯、處，使 刀口 7距微透鏡陣列5所在平面的距離略小于LxAAvmax) ,Vmax為夏克一哈特曼波前傳感器的 截止頻率，Lx為夏克一哈特曼波前傳感器在X方向上的工作長度。
[0034] (4)按上述步驟將裝置調整好后，在微透鏡陣列5的正前方將產生用于標定的衍射 光波相位分布6;利用夏克一哈特曼波前傳感器4獲取衍射光波相位分布6的波前數據，對所 測得的波前數據進行傅里葉變換，同時對理論推導所得的衍射相位分布的波前數據進行傅 里葉變換，將二者的傅里葉變換結果相除即得到夏克一哈特曼波前傳感器對不同頻率波前 的響應特性，即
[0035]
[0036] 式中：FFT表示傅里葉變換;Wtest為夏克-哈特曼波前傳感器所測得的實際波前數 據;Wthewy為理論波前數據。
[0037]由前述公式(3)可W看出，當刃邊方向平行于微透鏡陣列5的行方向時，夏克一哈 特曼波前傳感器5所測得波前數據在微透鏡陣列5的行方向一致，因此，在上述步驟(2)中可 W通過公式(5)來評判刀口 7的刃邊方向與波前傳感器探測器行方向的平行程度，計算公式 如下：
[00；3 引
[0039]式中，Wi,J為所述夏克-哈特曼波前傳感器所獲取的第i行第j列波前數據，^為所 述夏克-哈特曼波前傳感器所獲取的第i行波前數據的平均值
【主權項】
1. 夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置，包括激光器、準直鏡和夏克一哈特 曼波前傳感器;所述準直鏡和夏克一哈特曼波前傳感器依次設置在激光器的輸出光路上； 所述夏克一哈特曼波前傳感器與準直鏡的光軸穿好;所述夏克一哈特曼波前傳感器包括微 透鏡陣列;所述微透鏡陣列的行方向垂直于空間直角坐標系的XOZ平面，列方向平行于空間 直角坐標系的ox軸;其特征在于:標定裝置還包括刀口和刀口位置精密調節裝置； 所述刀口安裝在刀口位置精密調節裝置上，并位于準直鏡和夏克一哈特曼波前傳感器 之間的光路上；標定時，所述刀口距微透鏡陣列所在平面的距離小于Lx/(AVmax)，Vmax為夏 克一哈特曼波前傳感器的截止頻率，L x為夏克一哈特曼波前傳感器在X方向上的工作長度， λ為所述激光器輸出激光的波長;刀口的刃邊與所述微透鏡陣列的行方向平行，刃邊距準直 鏡的入瞳邊緣有一定距離，刃邊位于微透鏡陣列下方，刃邊沿準直鏡光軸方向的延長線交 于微透鏡陣列最下方一行透鏡的中心處； 所述激光器發出的單色光經準直鏡后出射平行光束，所述平行光束經刀口的刃邊衍射 后，在微透鏡陣列的正前方產生用于夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性標定的衍射光波相 位分布，且該衍射光波的相位的空間頻率在夏克一哈特曼波前傳感器列方向上線性增加。2. 根據權利要求1所述的夏克一哈特曼波前傳感器頻響特性的標定裝置，其特征在于： 所述刀口位置精密調節裝置由電控轉臺和三維平移臺組成，刀口安裝在電控轉臺上。
【文檔編號】G01J9/00GK205719274SQ201620407340
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】劉尚闊, 段亞軒, 李晶, 趙建科, 薛勛, 周艷
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所