基于微透镜阵列的激光光束发散角测试方法

摘要

基于微透镜阵列的激光光束发散角测试方法，本发明属于光学领域，具体涉及激光光束发散角的测试方法。它克服了现有束散角测试方法测量误差较大和测试实时性较差的缺陷。它包括下述步骤：被测光束入射望远镜系统，使输出的光斑直径与微透镜阵列的外形尺寸相匹配，微透镜阵列包含m×n个排列成矩阵状的子透镜；利用微透镜阵列将被测光束分解为子光束，通过CCD探测每一子光束的发射角度，并通过统计方法计算得到被测光束发散角，测量精度可达0.1μrad。由于本方法不需要测量光斑的直径，避开了光斑直径不易测量准确的难题。本发明方法只在光路中的一个位置测量即可，因此本发明方法可方便地实现光束发散角的实时测量。

主权项

1、基于微透镜阵列的激光光束发散角测试方法，其特征在于它通过下述步骤实现：一、被测光束入射望远镜系统(5)，使输出的被测光束的光斑直径与微透镜阵列(8)的外形尺寸相匹配，微透镜阵列(8)包含m×n个相同的、排列成矩阵状的子透镜(8-3)；二、微透镜阵列(8)把被测光束的光斑分割成m×n组子光束，并将子光束聚焦在焦平面上，形成m×n个子光斑；三、使用面阵CCD探测器(4)对子光斑进行探测，面阵CCD探测器(4)的光敏表面分割成m×n个子探测区域(4-1)，每个子透镜(8-3)的光学轴心线都穿过一个子探测区域(4-1)的中心点；面阵CCD探测器(4)的光敏表面中第i，j个子探测区域(4-1)中子光斑偏离中心ΔXij，ΔYij，则第i，j束子光束沿方位轴X和俯仰轴Y方向的发射角度θx(i，j)、θY(i，j)为：${\theta }_y(i,j)=\frac{{\mathrm{\Delta X}}_{\mathrm{ij}}}{\beta ·f};$ {\theta }_y(i,j)=\frac{{\mathrm{\Delta Y}}_{\mathrm{ij}}}{\beta ·f}其中，\beta 为望远镜系统的放大倍数，f为微透镜阵列中子透镜的焦距；对m\times n组子光束发射角度进行如下计算，可得被测光束的两维指向角\theta x、\theta y\; 为：$ {\bar{\theta }}_x=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\theta }_x(i,j)·E_{i,.j}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{E}_{\mathrm{ij}}};$ {\bar{\theta }}_y=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\theta }_y(i,j)·E_{i,.j}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{E}_{\mathrm{ij}}}则被测光束的两维发散角的方差\delta \theta x\; 2、\delta \theta y\; 2为：$ {{\mathrm{\delta \theta }}_x}^2=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{({\bar{\theta }}_x-{\theta }_x(i,j))}^2·E_{i,j}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{E}_{i,j}};$ {{\mathrm{\delta \theta }}_y}^2=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{({\bar{\theta }}_y-{\theta }_y(i,j))}^2·E_{i,j}}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{E}_{ij}}则，被测光束的发散角\delta \theta 为：$ \mathrm{\delta \theta }=2\sqrt{2}{({\mathrm{\delta \theta }}_x^2+{\mathrm{\delta \theta }}_y^2)}^{1/2}Eij为第i，j个子光斑的总灰度值，与第i，j条子光束所包含的光能量成正比。$$$$$$$