一种大口径光学元件应力检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种大口径光学应力检测装置及其检测方法，检测光路利用线偏振激光作为输入探测光，通过会聚透镜扩束后，再经过一个分光棱镜和一个大口径准直物镜准直入射大口径待测元件，然后由标准反射镜反射，再次穿过待测元件，经准直镜会聚和分光棱镜反射后再由准直镜准直，最终用偏振相机采集光强信息，通过后端数据处理，实现大口径样品中应力的可视化；与传统检测光路相比，该光路不需要波片，无需转动或移动任何部件，就可以实现大口径应力双折射的实时检测，避免了波片和运动平台引入的误差。该方法不需要借助拼接算法，可以同时得到整面大口径样品的应力分布，而且易于和现有的大口径干涉光路集成。有的大口径干涉光路集成。有的大口径干涉光路集成。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径光学元件应力检测装置及其检测方法


[0001]本专利技术属于光学检测领域，尤其涉及一种大口径光学应力检测装置及其检测方法。

技术介绍

[0002]残余应力的大小是评价光学元件性能的一个重要指标，尤其是针对大口径元件，当存在有较大的内应力时，由于光学玻璃在加过程中要受热，受压或者受急冷，可能会自行破裂。即使内应力不是太大，加工好的光学零件表面还是会因为存在内应力而随时间慢慢变形，严重影响到成像质量。另外，由于存在内应力，使得光学玻璃应有的各向同性性质受到破坏；由于内应力分布的不均匀性还会引起光学均匀性质量降低，使得折射率分布不一致，这些都会使得经过光学玻璃后的波面发生变形，使像质变坏。
[0003]大口径光学材料的双折射检测在高功率激光材料生长和加工中具有重要应用，其加工和制造过程中更是难以避免应力的影响。在国家许多重要的应用工程和科研试验中，如高功率大型激光器试验，都需要大口径的光学元件，而光学元件的质量是保障整个试验成功的重要因素，所以在大口径的光学材料及元件的制造中，精确确定应力双折射及其空间分布是极其重要的。
[0004]现有的应力检测装置，测量口径越大，必须配备同等口径的零级波片，这是难以克服的缺点，而且现有的测量手段通常基于干涉测量技术，测量途中需要对待测样品进行移动，而对大口径样品进行移动难免会产生较大的测量误差，所以目前国内的技术难以实现1m及以上口径的应力检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种大口径光学应力检测装置及其检测方法，对传统的婓索型光路结构进行了改进，在接收端引入偏振相机，该方法不需要借助拼接算法，可以同时得到整面大口径样品的应力分布，而且该光路不需要波片，无需转动或移动任何部件，就可以实现大口径应力双折射的实时检测，避免了波片和运动平台引入的误差。
[0006]实现本专利技术的技术解决方案为：一种大口径光学应力检测装置，利用婓索型光路，包括线偏振光源、会聚透镜、分光棱镜、第一准直透镜、标准反射镜、第二准直透镜、偏振相机，共第一光轴依次设置线偏振光源、会聚透镜、分光棱镜、第一准直透镜、待测元件、标准反射镜，共第二光轴依次设置第二准直透镜、偏振相机，第一光轴位于分光棱镜的透射光路上，第二光轴位于分光棱镜的反射光路上。
[0007]线偏振光源发出激光，经会聚透镜会聚后，经分光棱镜透射，由准直透镜进行扩束并准直，扩束后的光线经过待测元件后，产生相位延迟，携带待测元件应力信息的光线经标准反射镜反射沿原光路反射至分光棱镜，经分光棱镜反射，经第二准直透镜后被偏振相机接收，光线总共穿过待测元件两次，最终求解的应力双折射大小为实际值的两倍。
[0008]所述大口径光学应力检测装置的检测方法，步骤如下：
[0009]步骤1、首先搭建第一光轴光路，在不加入待测元件的情况下将线偏振光源、会聚透镜、分光棱镜、第一准直透镜、标准反射镜调整至共轴状态。
[0010]步骤2、将扩束准直透镜放置在第二光轴处，使得标准反射镜反射回的光线经过扩束准直后由偏振相机靶面接收。
[0011]步骤3、转动偏振相机，使得线偏振光的出射方向与偏振相机的90
°
单元平行。设初始线偏振光沿y轴方向，振幅为2a，则线偏振光源发出的线偏振光的复振幅E为：
[0012]E＝2a cos ωt
[0013]其中，ω表示角频率，t表示时间。
[0014]步骤4、将待测元件置于第一准直透镜和标准反射镜之间，线偏振光经过待测元件后，由于晶体双折射效应的存在，o光和e光会产生的相位差，设待测元件快轴方向与入射线偏振光的夹角为α，则线偏振光经过双折射相位差为的待测元件后在x方向上的复振幅E
x
、在y方向上的复振幅E
y
分别为：
[0015][0016]偏振相机的0
°
、45
°
、90
°
、135
°
单元接收到的复振幅P0、P
45
、P
90
、P
135
分别为：
[0017][0018]得到四个偏振单元采集到光强信息I0、I
45
、I
90
、I
135
分别为：
[0019][0020]步骤5、光线两次经过待测元件，最后照射到偏振相机的靶面上，四个偏振单元分别采集到光强信息I0、I
45
、I
90
、I
135
，将上式化简，得到：
[0021][0022]所以由其中三个偏振单元的光强信息，即求出振幅2a、待测元件快轴方向与入射线偏振光的夹角为α以及相位差
[0023]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0024](1)与传统检测光路相比，该光路不用考虑起偏器、检偏器偏振角度的调整，不需要在光路中添加额外的相位延迟波片(二分之一波片、四分之一波片)，无需转动或移动任何部件，就可以实现大口径应力双折射的实时检测，避免了波片和运动平台引入的误差。
[0025](2)该方法基于四点等间隔偏振光强的获取，不需要借助拼接算法，可以同时得到整面大口径样品的应力分布，而且易于和现有的大口径干涉光路集成。
[0026](3)只需要得到光强信息就可以算出相位差，从而就能计算出应力大小，该方法理论上可以测出任意口径元件的应力大小，特别是1m及以上口径的光学元件。
附图说明
[0027]图1为整个检测装置的结构示意图。
[0028]图2为准直扩束光路示意图。
[0029]图3位偏振相机靶面结构示意图。
[0030]图号标识：1、线偏振光源；2、会聚透镜；3、分光棱镜；4、扩束准直透镜；5、待测元件；6、标准反射镜；7、扩束准直透镜；8、偏振相机。
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图所示实施方式对本专利技术的技术方案作进一步说明。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径光学应力检测装置，利用婓索型光路，其特征在于：包括线偏振光源(1)、会聚透镜(2)、分光棱镜(3)、第一准直透镜(4)、标准反射镜(6)、第二准直透镜(7)、偏振相机(8)，共第一光轴依次设置线偏振光源(1)、会聚透镜(2)、分光棱镜(3)、第一准直透镜(4)、待测元件(5)、标准反射镜(6)，共第二光轴依次设置第二准直透镜(7)、偏振相机(8)，第一光轴位于分光棱镜(3)的透射光路上，第二光轴位于分光棱镜(3)的反射光路上；线偏振光源(1)发出激光，经会聚透镜(2)会聚后，经分光棱镜(3)透射，由准直透镜(4)进行扩束并准直，扩束后的光线经过待测元件(5)后，产生相位延迟，携带待测元件(5)应力信息的光线经标准反射镜(6)反射沿原光路反射至分光棱镜(3)，经分光棱镜(3)反射，经第二准直透镜(7)后被偏振相机(8)接收，光线总共穿过待测元件(5)两次，最终求解的应力双折射大小为实际值的两倍。2.根据权利要求1所述的大口径光学应力检测装置，其特征在于：线偏振光源(1)产生线偏振激光，包括o光和e光。3.根据权利要求1所述的大口径光学应力检测装置，其特征在于：偏振相机(8)的靶面每四个偏振单元为一个整体，四个偏振单元分别为0
°
、45
°
、90
°
、135
°
。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的大口径光学应力检测装置的检测方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、首先搭建第一光轴光路，在不加入待测元件的情况下将线偏振光源(1)、会聚透镜(2)、分光棱镜(3)、第一准直透镜(4)、标准反射镜(6)调整至共轴状态；步骤2、将扩束准直透镜(7)放置在第二光轴处，使得标准反射镜(6)反射回的光线经过扩束准直后由偏振相机(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志山，金能，车啸宇，袁群，郭珍艳，刘威剑，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：