專利名稱：基于psd陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于PSD (Position and Sensing Devices)陣列的高速紅外激光測量裝置。能夠實現(xiàn)對大口徑高速變化的紅外激光光束的波前分布信息、強度分布信息的高速多功能檢測。能夠克服常規(guī)檢測方法對大口徑高速變化的紅外激光光束檢測能力不足的問題。可用于紅外激光光束的多功能檢測和自適應光學的高速波前測量等領域。
背景技術：
由于紅外激光器的結構設計缺陷或技術、物理問題的限制，使產生的紅外激光光束質量下降。紅外激光光束質量檢測設備很多，主要有遠場光斑測量儀、哈特曼波前傳感器以及近場光強分布探測儀等，可以對激光光的遠場光斑、波前相位、光強分布進行比較精確的測量。
以現(xiàn)有的哈特曼波前傳感器為例，其結構示意圖如圖2所示，哈特曼波前傳感器主要包括一級縮束系統(tǒng)6、微透鏡陣列7，二級縮束系統(tǒng)8、CXD探測器9、數(shù)據(jù)存儲10和數(shù)據(jù)處理計算機11等。其工作方式是先將大口徑光束經一級縮束系統(tǒng)6縮束后，采用微透鏡7或者其他分割元件對縮束后的被測光束進行離散分割采樣，然后將各個子孔徑內的遠場子光斑經二次縮束系統(tǒng)8成像到CCD探測器9的靶面上，采集數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲設備10中，數(shù)據(jù)處理計算機11通過讀取數(shù)據(jù)采集存儲設備10中數(shù)據(jù)，通過計算各個子光斑質心位置復原出待測光束波前像差。隨著紅外激光技術的發(fā)展，對大口徑紅外激光光束質量的高速測量需求越來越大，哈特曼波前傳感器在實際測量中無法很好滿足這一測量要求，主要表現(xiàn)在以下幾方面(I)當進行大口徑紅外激光光束質量測量時，為與紅外CCD探測器靶面匹配，需要一套復雜而且龐大的多極縮束系統(tǒng)，系統(tǒng)調試困難，加工成本高，研制周期長。由于設備龐大沉重，無法在有限空間的實驗現(xiàn)場靈活應用。(2)大靶面高速紅外CCD相機價格昂貴，而且產品類型很少，很難找到理想的紅外CXD相機。紅外CXD靶面一般比較小，分割采樣后分辨率也就較低，測量精度和測量范圍都受到很大限制，無法對大像差紅外激光光束進行高精度測量。(3)大口徑紅外CCD幀頻是與探測靶面密切相關的，大靶面高速紅外相機很難得到?，F(xiàn)在可用的紅外CCD相機采樣頻率一般最高達到幾kHz，無法進行高時間頻域內的紅外激光光束質量測量。因此傳統(tǒng)的哈特曼傳感器一般用于小于0. 3m 口徑的紅外激光光束和變化較小的波像差進行測量。無法滿足對大于0. 3m 口徑以上的大口徑紅外激光光束的高速測量要求，迫切需要新技術來提高測量系統(tǒng)的測量精度和測量速率。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，實現(xiàn)對大口徑紅外激光光束的光強、相位的高速測量。本發(fā)明解決其技術問題所采用的解決方案如圖I所示，基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，包括聚焦透鏡陣列I、紅外PSD陣列2、多通道前級放大器3、數(shù)據(jù)采集存儲器4和數(shù)據(jù)處理計算機5 ;所述聚焦透鏡陣列I采用由一系列口徑為0. Olm-O. 02m的方形聚焦透鏡拼接組成，可以直接對0. 3m — Im之間的紅外激光光束進行分割聚焦，聚焦光斑直接成像到紅外PSD陣列2上，紅外PSD陣列2輸出聚焦后的光斑陣列位置坐標信息和強度信息；所述信息經多通道前級放大器3信號放大后由數(shù)據(jù)采集存儲器4高速存儲，存儲的數(shù)據(jù)經由數(shù)據(jù)處理計算機5處理計算，每個紅外PSD探測器輸出四個電流信號分別設為IA, Ib, Ic, ID，則探測到的光斑質心坐標和光斑強度I為
權利要求
1.基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，其特征在于包括聚焦透鏡陣列(1)、紅外PSD陣列(2)、多通道前級放大器(3)、數(shù)據(jù)采集存儲器(4)和數(shù)據(jù)處理計算機(5);所述聚焦透鏡陣列(I)采用由一系列口徑為0. Olm-O. 02m的方形聚焦透鏡拼接組成，可以直接對0. 3m - Im之間的紅外激光光束進行分割聚焦，聚焦光斑直接成像到紅外PSD陣列(2)上，紅外PSD陣列(2)輸出聚焦后的光斑陣列位置坐標信息和強度信息；所述信息經多通道前級放大器(3)信號放大后由數(shù)據(jù)采集存儲器(4)高速存儲，存儲的數(shù)據(jù)經由數(shù)據(jù)處理計算機(5)處理計算，每個紅外PSD探測器輸出四個電流信號分別設為IA，IB, Ic, ID，則探測到的光斑質心坐標和光斑強度I為 用標準平行光定標紅外PSD陣列各個子光斑的質心坐標xi(l，yi0作為測量基準，實測帶像差的紅外激光光束各個子光斑質心為Xi，Yi，則波前像差引起的各個光斑質心偏移量為dx = Xi-Xi0, dy = Yi-Yi0 通過各個紅外PSD上光斑質心偏移Xi, yi;可以用區(qū)域復原算法或Zernike模式復原算法計算出入射激光光束的波前像差大小和時間頻域內的波前變化信息。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，其特征在于所述聚焦透鏡陣列(I)采用由一系列口徑為0. Olm-O. 02m的方形聚焦透鏡按照一定排列順序拼接成二維陣列組成，直接對0. 3m - Im之間的紅外激光光束進行按單個方形聚焦透鏡分別聚焦形成聚焦光斑陣列。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，其特征在于所述聚焦透鏡陣列(I)和紅外PSD陣列(2)的數(shù)量在理論上是不受限制的，可以測量任意大口徑的激光光束而不會影響設備的測試精度和視場范圍。
全文摘要
基于PSD陣列的大口徑高速紅外激光測量裝置，包括聚焦透鏡陣列、紅外PSD陣列、多通道前級放大器、數(shù)據(jù)采集存儲器和數(shù)據(jù)處理計算機。聚焦透鏡陣列直接對大口徑的紅外激光光束進行分割聚焦，省略龐大的縮束系統(tǒng)，聚焦光斑直接成像到紅外PSD陣列上，經多通道前級放大器后由數(shù)據(jù)采集存儲器高速存儲，然后由波前處理計算機分析計算，可以高速而精確的得到波前分布信息、強度分布信息等。本發(fā)明結構簡單，裝配緊湊，不僅可以應用于紅外激光光束診斷，還可用于自適應光學系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景。
文檔編號G01J1/00GK102721476SQ201210172658
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者葉紅衛(wèi), 李新陽, 李梅, 王彩霞, 王曉云, 鮮浩 申請人:中國科學院光電技術研究所