專利名稱:消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于短脈沖激光的脈沖壓縮裝置，具體涉及一種消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
在采用拼接光柵的短脈沖壓縮池系統(tǒng)中，拼接光柵面之間微米級的錯位誤差會導(dǎo)致焦斑分裂。即便是采用配對誤差補償?shù)姆椒ㄍㄟ^調(diào)整光柵縫隙寬度對錯位誤差進行補償，也會影響壓縮脈沖的遠(yuǎn)場時域特性，因此需要從根本上消除錯位誤差。2006年清華大學(xué)曾禮江教授在《光學(xué)快報》(Optics Letter)上發(fā)表的文章“Method to mosaic gratings by using atwo-color heterodyne interferometer containing a reference grating”提出采用雙波長外差干涉法消除錯位誤差，但該方法沒有監(jiān)測兩光柵面的平行，并且假定參考光柵的刻線密度與拼接光柵完全一致，這在實際操作中很難實現(xiàn)；另外，其實驗裝置包括了兩臺干涉儀、兩束同軸傳輸?shù)募す庖约傲硗鈨善耆嗤墓鈻?，造價昂貴且過程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置，使兩拼接光柵之間達到高精度的共面。
本發(fā)明消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分和光柵位置調(diào)整部分，根據(jù)遠(yuǎn)場監(jiān)測部分的ccd觀察結(jié)果通過光柵位置調(diào)整部分調(diào)整光柵的位置。
激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分含有分光鏡、透鏡、顯微物鏡、ccd、平面反射鏡、小孔板、光柵。
激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分是這樣工作的監(jiān)測光經(jīng)分光鏡后分為透射和反射兩束光，其中透射光經(jīng)過三次平面反射鏡反射后垂直入射到拼接光柵上，再原路返回到分光鏡，然后經(jīng)過透鏡聚焦，由顯微物鏡放大，成象在ccd上；經(jīng)分光鏡后的反射光經(jīng)一平面反射鏡反射后，以滿足探測光的入射角度關(guān)系式-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ要求的角度入射到拼接光柵上，其反射光經(jīng)兩次平面反射鏡反射，再經(jīng)過小孔板，然后由透鏡進行聚焦，最后由顯微物鏡放大，并成象在另一ccd上。
探測光的入射角度關(guān)系式中，λ為探測光波長，Δz為錯位誤差的估計值，α為探測光的入射角。
光柵位置調(diào)整部分包括依次連接的微機、步進電機和光柵架。
本發(fā)明通過觀察ccd所采集到的垂直入射探測光的零級反射光的遠(yuǎn)場，調(diào)整兩光柵面平行。然后選擇探測光的入射角度使反射后的探測光之間的相位延遲小于半波長，根據(jù)探測光的入射角度關(guān)系式-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ
確定入射角α。此時通過微機控制步進電機驅(qū)動光柵架及光柵沿垂直于光柵面的方向移動一微小距離，使遠(yuǎn)場焦斑呈現(xiàn)一個完整的單個圓斑。不斷的減小入射角α，在此過程中不斷驅(qū)動步進電機調(diào)整光柵架及光柵位置使遠(yuǎn)場始終保持一個單圓斑形態(tài)。直到入射角α為零，此時拼接光柵的錯位誤差完全消除。
本發(fā)明通過不斷減小探測光的入射角α，使兩拼接光柵的反射光的相位差始終保持在半波長的范圍內(nèi)，然后微調(diào)光柵位置，根據(jù)所采集到的遠(yuǎn)場的形態(tài)變化確定兩拼接光柵的相對位置，最后通過光柵位移調(diào)整部分微調(diào)至遠(yuǎn)場呈現(xiàn)一個單一完好的焦斑。
本發(fā)明通過激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分和光柵位置調(diào)整部分，根據(jù)探測光的入射角度關(guān)系式改變探測光的角度，在實時監(jiān)控兩光柵面平行的條件下消除了拼接光柵之間的錯位誤差，調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，可消除誤差到環(huán)境噪聲的精度范圍。本發(fā)明同時兼顧了大的誤差捕捉范圍與高調(diào)節(jié)精度的統(tǒng)一，且捕捉范圍與光柵尺寸成正比。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為本發(fā)明消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置的光路圖。
圖2為采用本發(fā)明的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)過程中得到的焦斑照片圖3為采用本發(fā)明的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)過程中得到的焦斑照片圖中 3.分光鏡 (4、5)透鏡 (6、7)為顯微物鏡 (8、9)ccd (10～15).平面反射鏡 16.小孔板 (17、18)代表兩塊光柵 19.步進電機 20.微機具體實施方式
本發(fā)明的消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分以及光柵位置調(diào)整部分，通過監(jiān)測激光脈沖遠(yuǎn)場形態(tài)的變化利用光柵位置調(diào)整部分對拼接光柵面之間的錯位誤差進行消除。
本發(fā)明的實施過程為首先建立激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分，然后利用監(jiān)測激光遠(yuǎn)場及光柵位置調(diào)整部分對光柵進行精細(xì)調(diào)節(jié)。如圖1所示，搭建監(jiān)測光路。探測光入射到分光鏡3后的透射部分經(jīng)平面反射鏡(10、11、12)反射后垂直入射到拼接光柵對(17、18)上，反射光原路返回，經(jīng)平面反射鏡(12、11、10)后被分光鏡3反射，透鏡4聚焦，顯微物鏡6將焦斑成像至ccd8上，這部分光路用于監(jiān)控兩光柵的面平行；被分光鏡3反射后的探測光經(jīng)平面反射鏡13入射到拼接光柵對(17、18)上，其反射光經(jīng)平面反射鏡(14、15)后過小孔板16，透鏡5聚焦，顯微物鏡7將焦斑成像至ccd9上。監(jiān)控ccd8采集到的遠(yuǎn)場焦斑，通過微機控制步進電機微調(diào)兩拼接光柵間的夾角，直至遠(yuǎn)場出現(xiàn)單一焦斑，此時實現(xiàn)了拼接光柵面平行。根據(jù)公式-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ，通過改變平面反射鏡13的角度選擇該路探測光的入射角度，用小孔板16卡出一直徑為5mm的光束聚焦，觀察ccd9中的焦斑形態(tài)，此時顯示的是如圖2所示的大小兩瓣焦斑，驅(qū)動步進電機19使光柵17沿垂直于光柵面的方向運動，直至遠(yuǎn)場出現(xiàn)如圖3所示的完好的單焦斑，然后通過旋轉(zhuǎn)平面反射鏡13減小該路探測光的入射角度，此時遠(yuǎn)場焦斑不再是單一焦斑的情況，而是又呈現(xiàn)出類似于如圖2所示的大小兩瓣焦斑，再利用微機20控制步進電機19使光柵17沿垂直于光柵面的方向運動至遠(yuǎn)場重新出現(xiàn)如圖3所示的完好的單焦斑。不斷重復(fù)上述操作，直到該路探測光的入射角調(diào)節(jié)到接近垂直入射，并在ccd9的遠(yuǎn)場仍然得到完好的單焦斑時，認(rèn)為拼接光柵間的錯位誤差已經(jīng)消除。此時兩光柵面達到亞波長級的共面。平面反射鏡(14、15)的作用是每次改變?nèi)肷涔饨嵌群?，通過調(diào)整平面反射鏡(14、15)使該路探測光始終沿監(jiān)控系統(tǒng)的光軸傳輸。
權(quán)利要求
1.一種消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置，其特征在于所述的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分(1)和光柵位置調(diào)整部分(2)，通過觀察探測光的遠(yuǎn)場分裂情況，調(diào)整光柵的位置，減小并消除拼接光柵之間的錯位誤差；激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分(1)包括分光鏡、透鏡、顯微物鏡、ccd、平面反射鏡、小孔板、光柵；監(jiān)測光經(jīng)分光鏡后分為透射和反射兩束光，其中透射光經(jīng)過三次平面反射鏡反射后垂直入射到拼接光柵上，再原路返回到分光鏡，然后經(jīng)過透鏡聚焦，由顯微物鏡放大，成象在ccd上；經(jīng)分光鏡后的反射光經(jīng)一平面反射鏡反射后，以滿足探測光的入射角度關(guān)系式要求的入射角度入射到拼接光柵上，其反射光經(jīng)兩次平面反射鏡反射，再經(jīng)過小孔板，然后由透鏡進行聚焦，最后由顯微物鏡放大，并成象在另一ccd上；光柵位置調(diào)整部分(2)包括依次連接的微機、步進電機和光柵架。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置，其特征在于所述的探測光的入射角度關(guān)系式為-1/2λ＜Δz·2cosα＜1/2λ，關(guān)系式中，λ為探測光波長，Δz為錯位誤差的估計值，α為探測光的入射角。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置，其特征在于所述的激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分(1)包括分光鏡(3)、透鏡(4、5)、顯微物鏡(6、7)、ccd(8、9)、平面反射鏡(10、11、12、13、14、15)、小孔板(16)、光柵(17、18)；探測光入射到分光鏡(3)后分為兩束光，其中的透射光依次經(jīng)平面反射鏡(10)、(11)、(12)反射后垂直入射到光柵(17、18)上，反射光原路返回，經(jīng)分光鏡(3)反射，透鏡(4)聚焦，由顯微物鏡(6)將焦斑成像至ccd(8)上，這部分光路用于監(jiān)控兩光柵的面平行；探測光入射到分光鏡(3)后的反射光經(jīng)平面反射鏡(13)入射到光柵(17、18)上，依次經(jīng)平面反射鏡(14)、(15)反射后過小孔板(16)，透鏡(5)聚焦，由顯微物鏡(7)將焦斑成像至ccd(9)上。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種用于消除拼接光柵錯位誤差的調(diào)整裝置。本發(fā)明的調(diào)整裝置包括激光遠(yuǎn)場監(jiān)測部分和光柵位置調(diào)整部分，監(jiān)測光經(jīng)分光鏡后分為透射和反射兩束光，其中透射光經(jīng)過三次平面反射鏡反射后垂直入射到拼接光柵上，再原路返回到分光鏡，然后經(jīng)過透鏡聚焦，由顯微物鏡放大，成象在ccd上；經(jīng)分光鏡后的反射光經(jīng)兩次平面反射鏡反射，再經(jīng)過小孔板，然后由透鏡進行聚焦，最后由顯微物鏡放大，并成象在另一ccd上。本發(fā)明根據(jù)探測光的入射角度關(guān)系式改變探測光的角度，在實時監(jiān)控兩光柵面平行的條件下消除了拼接光柵之間的錯位誤差，調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，可消除誤差到環(huán)境噪聲的精度范圍。
文檔編號G02B27/00GK1996090SQ200610022241
公開日2007年7月11日 申請日期2006年11月8日
發(fā)明者左言磊, 王逍, 朱啟華, 黃征, 王鳳蕊, 鄧武, 黃小軍, 魏曉峰 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan