共軛等光程縱向掃描器的製作方法

2023-05-15 00:20:26 1

專利名稱：共軛等光程縱向掃描器的製作方法
技術領域：
本發明是一種光學掃描器。
光學掃描器在光學測量和檢測技術中扮演著極為重要的角色，許多光電子器件和光學儀器中都採用雷射掃描技術，用於實現光斑在像平面上的位置掃描，它們採用轉鏡或錐鏡實現光束掃描。如美國專利No.4682842，No.4018504，No.4178561，這幾種掃描器在動態過程中，均存在輸入光和輸出光的光程差不斷地周期性地改變的缺點。給測量工作帶來了不便。
本發明的目的是為了彌補上述不足之處，設計一種共軛等光程縱向掃描器，在掃描過程中輸入和輸出光之間的光程差始終保持不變，使其可以實現光束焦點在掃描器內的往復掃描，或使波面的發散角發生周期性變化。而這種掃描過程只在掃描器內部進行，並不影響掃描器外部光束的波面結構。
本發明的掃描器由圖1給出了它的光路圖，從雷射器入射的光束經分光鏡G1後，透射光入射到透鏡A5上，被平行平面鏡9的前表面全部反射後按原光路返回，經分光鏡G1，反射到透鏡C7上，從透鏡C7透射的光被反射鏡M3反射後會聚在焦點10，發散後被反射鏡N4反射，通過透鏡D8後入射到分光鏡H2上，被反射後通過透鏡B6入射到平行平面鏡9的後表面上，全部被反射返回，並透過分光鏡H2透射到光電探測器上，光電探測器的輸出端連接有顯示裝置。在實際使用時，平行平面鏡9沿光軸來回移動實現掃描。平行平面鏡兩平行反射面鍍有對雷射束的全反射膜。
如果對出射光功率要求較高，即希望通過掃描器後光能損耗小時，則可以在分光鏡和平行平面鏡之間加入λ/4波片，分光鏡G1，H2分別改換成偏振分光鏡K、L。使第1次入射到偏振分光鏡K1的光全部透過，而從平行平面鏡上反射回來後入射到該偏振分光鏡K上的光全部被反射。其偏振分光鏡L2的工作原理可以類推。
如果要使Iout(掃描器輸出端的光強)/Iin(掃描器輸入端的光強)儘可能接近1，則分光鏡G1和H2都用偏振分光鏡K，L，分光鏡G1和分光鏡H2與平行平面鏡9之間(任意位置)分別都可以放入λ/4波片。如果只需I10(焦點10處的光強)/Iin儘量接近1，則只要把分光鏡G1用偏振分光鏡K，分光鏡H2可採用普通分光板，且靠近它的λ/4波片可以移走。同樣道理，分光鏡G1也可採用普通分光板。
從圖1可知入射光束和出射光束之間的光程差為△＝2△D19+2△D29+常數式中△D19為分光鏡G1和平行平面鏡9之間的距離對應的光程△D29為分光鏡H2和平行平面鏡9之間的距離對應的光程如果平行平面鏡沿光軸方向掃描，設偏移距離為s△＝(2△D19+s)+(2△D29-s)+常數＝2△D19+2△D29+常數由此可知當平行平面鏡9沿光軸方向掃描時，△保持為常數，顯然焦點在反射鏡M3和反射鏡N4之間掃描。
從共軛等光程縱向掃描器的結構和工作原理可以看出，它有以下優點1.它可以通過平行平面鏡的往復運動，實現焦點在軸向的掃描過程;
2.對反射鏡M3和反射鏡N4之間的一個確定的點來說，例如點10，該處的光功率密度(或光強度)被調製;
3.如果是一束平行於光軸的細光束入射，則它還同時實現光束的橫向掃描，它的最突出優點是輸出光和輸入光之間的光程差在掃描過程中保持恆定，且在靜態時是一個共軛光路。使用時對輸入和輸出端可以交換使用，這是上述已有技術中的掃描器無法實現的功能。
4.由於本發明採用平行平面鏡的快速移動，實現Z-掃描，而被測樣品是固定的，這給測量難於移動的液體樣品帶來很大的方便。對此比已有技術中，M.Sheik-bache等人的測量系統中移動樣品達到快速掃描要優越得多。
5.本發明的共軛等光程縱向掃描器還可以用於光學波面檢驗，對透射光學元件可放在焦點10處(如圖2所示)。例如球透鏡、平板、軸對稱非球面鏡等。對於反射元件，則可把圖2光路中的反射鏡M或反射鏡N移走，換上被檢元件，隨著平行平面鏡的掃描，分別把被測元件放入或取出，探測器所接收的結果，就可以明顯地看出被檢表面和理想表面的偏差。


圖1為共軛等光程縱向掃描器的光路圖1.分光鏡G2.分光鏡H3.全反射鏡M
4.全反射鏡N5、6、7、8分別為透鏡A、B、C、D9.兩面為反射面的平行平面鏡10.靜態焦點圖2為共軛等光程縱向掃描器用於光學非線性測量的光路圖11.分束器12、13分別為探測器D1、D214.透鏡E15.小孔光欄16.被測非線性樣品圖3為典型的測量結果，圖中τ-為時間座標，z-為沿光軸方向的座標。
實施例如圖2所示，將被測樣品放在共軛等光程縱向掃描器的P點10處，移動平行平面鏡9實現樣品對光束的相對掃描過程。
本實施例中，雷射器為He-Ne雷射器，波長為632.8nm，輸出功率為28mW。
平行平面鏡沿光軸方向能夠往復移動。兩平行反射面鍍有對波長632.8nm光的全反射膜。
樣品為葉綠蛋白。測得非線性折射率n2＝-5.2×10-5esu。
圖3給出測量光學非線性的實驗結果。圖中幾條曲線分別為平行平面鏡掃描的前幾個周期得到的z-掃描曲線。
權利要求
1.一種共軛等光程縱向掃描器，含有作為光源的雷射器、分光鏡、反射鏡、透鏡、探測器和顯示裝置，其特徵在於從雷射器入射的光束經分光鏡G後，透射光經透鏡A，被平行平面鏡的前表面全部反射後由原光路返回，再經分光鏡G反射到透鏡C上，從透鏡C透射的光束被反射鏡M反射後會聚一焦點10上，發散後被反射鏡N反射，通過透鏡D後透射到分光鏡H上，被分光鏡H反射後通過透鏡B入射到平行平面鏡的後表面上，其後表面將光束全部反射返回到分光鏡H上，從分光鏡H透射的光束射進帶有顯示裝置的光電探測器上。
2.根據權利要求1所述的一種共軛等光程縱向掃描器、其特徵在於入射光束和出射光束之間的光程差滿足公式△＝2△D19+2△D29+常數式中，△D19-為分光鏡G和平行平面鏡9之間的距離對應的光程，△D29-為分光鏡H和平行平面鏡9之間的距離對應的光程。
3.根據權利要求1、2所述的一種共軛等光程縱向掃描器，其特徵在於平行平面鏡是沿光軸方向來回移動的，兩平行反射面鍍有對雷射束全反射膜。
4.根據權利要求1、2所述的一種共軛等光程縱向掃描器，其特徵在於分光鏡G與平行平面鏡之間或者分光鏡H與平行平面鏡之間可以加入λ/4波片或者不加入λ/4波片。
5.根據權利要求1、2所述的一種共軛等光程縱向掃描器，其特徵在於分光鏡G可以是普通分光鏡，或者是偏振分光鏡或者是普通分光板;分光鏡H可以是普通分光鏡、或者是偏振分光鏡、或者是普通分光板。
全文摘要
本發明的光學掃描器是一種共軛等光程縱向掃描器，它主要特徵是兩分光鏡之間置有可以沿光軸方向往復運動，實現焦點在軸向掃描的過程。兩反射鏡M、N之間有一確定的焦點，達到被測樣品固定不動的目的。具有輸出光和輸入光之間的光程差在掃描過程中保持恆定的特點，所以它有使用方便、測量精度高的優點。
文檔編號G02B27/10GK1070742SQ9110749
公開日1993年4月7日 申請日期1991年9月19日 優先權日1991年9月19日
發明者錢秋明, 陳秋水, 趙建明, 王之江 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所