[发明专利]非接触式电光晶体通光面法线与Z轴偏离角测量装置及其测量方法

摘要

一种电光晶体通光面法线与Z轴偏离角测量装置及其测量方法，该装置包括激光器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜、起偏器、分光镜、平面反射镜、数字光电自准直仪、第三透镜、第四透镜、检偏器、成像透镜、探测器和计算机处理系统。实验表明，本发明利用锥光干涉原理，实现了待测晶体待测面的非接触式无损检测，保障了测量过程中不引入待测晶体表面划痕，并且适用于大口径电光晶体检测，另外本发明采用数字光电自准直仪标定检测光束的光轴方向，保障了检测光束垂直入射待测晶体，具有测量精度高，测量重复性好的优点，具有很大应用前景。

主权项

1.一种非接触式电光晶体通光面法线与Z轴偏离角测量装置测量电光晶体通光面法线与Z轴偏离角的方法，该装置包含激光器(1)，沿该激光器(1)出射激光方向依次是第一透镜(2)、空间滤波器(3)、第二透镜(4)、起偏器(5)和分光镜(6)；该分光镜(6)将入射的激光分为反射光和透射光，沿所述的反射光方向是平面反射镜(7)，在该平面反射镜(7)的反射光方向依次是所述的分光镜(6)和数字光电自准直仪(8)；沿所述的透射光方向依次是第三透镜(9)、第四透镜(11)、检偏器(12)、成像透镜(13)和探测器(14)，该探测器(14)的输出端与计算机处理系统(15)的输入端相连；所述的起偏器(5)和检偏器(12)偏振方向相互垂直，第三透镜(9)和第四透镜(11)严格共轭，所述的平面反射镜(7)和数字光电自准直仪(8)置于调整架(16)上，通过所述的调整架(16)实现平面反射镜(7)和数字光电自准直仪(8)同步调整，其特征在于该方法主要包括以下步骤：/nA)将待测电光晶体(10)置于所述的第三透镜(9)和第四透镜(11)的公共焦平面，关闭所述的激光器(1)，通过数字光电自准直仪(8)观察由数字光电自准直仪发出的平行光经所述的平面反射镜(7)反射后达到数字光电自准直仪(8)的光斑位置，并通过调整所述的平面反射镜(7)的姿态，使返回的光斑位于数字光电自准直仪(8)成像系统的中心；/nB)打开激光器(1)，通过所述的数字光电自准直仪(8)观察由激光器(1)发出的光经平面反射镜(7)反射后到达数字光电自准直仪(8)的位置，并通过调节所述的调整架(16)实现平面反射镜(7)和数字光电自准直仪(8)协同姿态调整，使由所述的激光器(1)发出的光斑位于数字光电自准直仪(8)成像系统的中心；/nC)将第三透镜(9)移出光路，关闭激光器(1)，通过数字光电自准直仪(8)观察由数字光电自准直仪(8)发出的平行光经所述的平面反射镜(7)和待测电光晶体(10)表面反射回的光斑，并通过调节待测电光晶体(10)的姿态，使两个光斑的位置重合；/nD)关闭数字光电自准直仪(8)的光源，打开激光器(1)，将第三透镜(9)移入光路，所述的计算机处理系统(15)通过所述的探测器(14)采集锥光干涉图，记录光轴出露点的位置(x₁，y₁)；/nE)旋转待测电光晶体(10)一定角度，重复上述步骤A)、B)、C)、D)，再次记录光轴出露点的位置(x₂，y₂)；/nF)重复步骤E)，完成多次测量，得到多组光轴出露点位置：(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、…、(x_i，y_i)，其中i为3以上的整数，利用最小二乘法拟合出所述的光轴出露点的轨迹为圆形，该圆形的圆心位置的坐标即为待测电光晶体(10)通光面法线对应位置的坐标(x₀，y₀)；/nG)所述的待测电光晶体(10)通光面法线与Z轴偏离角的计算方法如下：/n假设光轴出露点坐标为(x₁，y₁)，待测电光晶体(10)的通光面法线对应位置的坐标为(x₀，y₀)，第三透镜(9)焦距为f，第三透镜(9)处光束口径为D，探测器(14)上的光斑直径对应的像素数为N；/n系统产生的锥光的锥角θ为：θ＝2arctan(D/2f)，/n每个像素对应的角度大小，即角度分辨率Δθ为：/nΔθ＝θ/N＝2arctan(D/2f)/N≈D/Nf，/n所述的待测电光晶体(10)的通光面法线与Z轴偏离角α为：/n /n