[发明专利]大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种晶体折射率均匀性测量装置及方法，尤其涉及一种基于夏克-哈特曼波前传感器实现大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置及方法。

背景技术

随着我国神光Ⅲ主机装置的建设，大口径单轴晶体在惯性约束聚变系统中作为频率转换元件，对系统最终输出能量起着至关重要的影响。尤其是大口径KDP晶体，它是大功率激光器中倍频器件和电光开关的关键材料，其材料质量和元件加工质量都很大程度影响装置最终指标的实现。晶体在生长过程中的结构缺陷或内应力引起的光弹效应、晶体自身重力、晶体表面形变、装配感生应力及温度变化都有可能导致晶体的折射率空间分布不均匀。折射率的不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配，从而引起三倍频系统的转换效率下降。

目前测量单轴晶体折射率均匀性方法主要采用正交偏振干涉测量(OPI)法，其工作原理为大口径激光干涉仪的输出激光束经过偏振片变为线偏振光，调整偏振方向让激光束的偏振态分别平行于单轴晶体的o轴和e轴，得到两幅干涉图，通过这两幅干涉图的差值得到单轴晶体的折射率分布不均匀性。此方法缺点为：1)依靠国外进口的大口径干涉仪，其价格昂贵，测量成本高；2)干涉仪输出中心波长固定，无法实现实际工作波段下的单轴晶体折射率均匀性测量；3)干涉仪输出激光偏振态固定，不能实现正交偏振态的切换；4)测量需在输出激光的测试端口处放置偏振片，偏振态的消光比极大的影响了干涉条纹的对比度；5)此方法无法扣除干涉仪相移器引入的倾斜变化对单轴晶体折射率均匀性测量引入的误差；6)此方法易受环境气流扰动和振动的影响。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置及其方法，该装置及方法通过对待测大口径单轴晶体二维扫描，实现大口径单轴晶体折射率均匀性测量；该方法为动态测量，不受波长限制，以及外界环境气流和振动的影响，并很好的保证测量精度。

本发明采用的技术解决方案如下：

本发明提供了一种大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置，其特殊之处在于：所述大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置包括激光器、准直镜、起偏器、待测大口径单轴晶体、半透半反镜、会聚镜、积分球功率计、缩束系统物镜、缩束系统目镜、夏克-哈特曼波前传感器以及计算机；所述准直镜、起偏器以及半透半反镜依次设置在激光器的出射光所在光路上；所述半透半反镜将入射至半透半反镜的光进行反射以及透射并分别形成反射光以及透射光；所述会聚镜设置在反射光所在光路上并将反射光会聚至积分球功率计中；所述缩束系统物镜、缩束系统目镜以及夏克-哈特曼波前传感器依次设置在透射光所在光路上；待测大口径单轴晶体置于起偏器和半透半反镜之间；所述计算机分别与积分球功率计、夏克-哈特曼波前传感器以及待测大口径单轴晶体相连。

上述大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置还包括二维扫描机构，所述待测大口径单轴晶体固定在二维扫描机构上；所述计算机与二维扫描机构相连并通过二维扫描机构带动待测大口径单轴晶体实现二维运动。

上述大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置还包括用于驱动起偏器旋转的驱动器；所述计算机与驱动器相连并通过驱动器带动起偏器旋转。

一种基于如上所述的大口径单轴晶体折射率均匀性测量装置的测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)激光器输出发散的圆偏振光，经准直镜输出准直圆偏振光，再通过起偏器起偏为线偏振光；经过半透半反镜进行反射以及透射并分别形成反射光以及透射光；反射光经会聚镜聚焦到监视积分球功率计的积分球内；透射光经缩束系统物镜和缩束系统目镜缩束得到缩束光斑，缩束光斑由夏克-哈特曼波前传感器接收，调节夏克-哈特曼波前传感器的方位和俯仰，并实时测量波前，当波前测量zernike像差系数中的x，y方向倾斜像差系数小于0.01个波长时，认为夏克-哈特曼波前传感器姿态已调整好，并将此波前测量结果存为系统本底波前Φ_c(x,y)；

2)将待测大口径单轴晶体置入起偏器和半透半反镜之间；