寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬光學領域，涉及一種夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置，尤其 涉及一種利用單色儀、會聚鏡和點衍射板產生不同波段的高精度球面波，實現寬譜段夏 克-哈特曼波前傳感器參數絕對標定的裝置。
【背景技術】
[0002] 由于夏克-哈特曼波前傳感器具有如下優(yōu)點：①測量系統(tǒng)結構和光路簡單；②對 光源的時間相干性要求不高；③能夠在弱光下操作；④對測量環(huán)境要求不高，且在線實時 測量；⑤測量動態(tài)范圍大，不存在2 31的不定性問題，其波面傾斜相同，不會影響測量結果。 由于具有以上優(yōu)點，夏克-哈特曼波前傳感器主要應用于強激光參數診斷與控制、自適應 光學系統(tǒng)中波前測量、大氣湍流參數測量、人眼像差測量、光學元件和光學系統(tǒng)性能參數測 試等領域。
[0003] 夏克-哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列和C⑶探測器組成，其標定主要包括： 1)微透鏡陣列的安裝和本身的透射波前等引入的系統(tǒng)誤差標定；2)微透鏡陣列距CCD探測 器靶面之間的距離定標。
[0004] 夏克-哈特曼波前傳感器標定方法主要有兩種：平面波法和球面波法。
[0005] 采用平面波法標定，這種方法簡單，但系統(tǒng)誤差標定時，平面波本身的像差無法扣 除。同時，提供高精度的平面波需要大口徑、長焦距平行光管，其造價昂貴、科研成本高。采 用此方法無法實現微透鏡陣列距CCD探測器靶面之間的距離定標，通常采用激光干涉儀與 夏克-哈特曼波前傳感器測量同一塊相位板的像差分布情況，以激光干涉儀測量結果作為 標準參考值，修正微透鏡陣列距CCD探測器靶面之間的距離。這種方法受限于激光干涉儀 的測量精度和測量環(huán)境，精度不高，且只能標定和激光干涉儀工作波段一致的夏克-哈特 曼波前傳感器，對于紫外和紅外波段夏克-哈特曼波前傳感器，這種方法無法實現。
[0006] 球面波法主要采用激光耦合進單模光纖產生球面波實現夏克-哈特曼波前傳感 器的標定。這種方法受限于光纖芯徑的大小，無法產生高精度的球面波，從而造成夏克-哈 特曼波前傳感器的系統(tǒng)誤差標定精度不高。同時，此方法通過更換激光器，只能在幾個特征 波長下對夏克-哈特曼波前傳感器的標定，其無法實現連續(xù)光譜標定。對于深紫外波段的 夏克-哈特曼波前傳感器需要更高精度的球面波進行標定，單模光纖芯徑的大小無法滿足 要求，利用小孔產生球面波，對小孔的大小有嚴格的要求，通常在納米量級，這將造成球面 波能量損失嚴重，夏克-哈特曼波前傳感器無法響應。
[0007] 標定夏克-哈特曼波前傳感器計算算法方面，Alexander Chernyshov等（具體 請查閱參考文獻 Alexander Chernyshov，Uwe Sterr，Fritz Riehle，JUrgenHelmcke，and Johannes Pfund. Calibration of a Shack-Hartmann sensor for absolute measurements of wavefronts. Applied Optics. 2005,44 (30)，6419 ~6425)，通過擬合二項式 A p 得到 夏克-哈特曼傳感器的物理參數。AP反映了待測球面波真實曲率和傳感器測量得到的 曲率之間的差別。由于夏克-哈特曼傳感器本身特點，使得待測球面波真實的曲率半徑很 難精確測量，這種做法顯然不合理。楊金生等人提出了一種夏克-哈特曼傳感器物理參數 標定方法（專利號：200910091741. 4 -種使用球面波前標定哈特曼-夏克傳感器的方法）， 這種方在確定透鏡陣列焦距f〇和相鄰子孔徑間距的真實值P 〇的過程中存在連環(huán)嵌套的假 設，即計算f〇時假設P 〇等于P，而在計算P 〇時用到了上步中計算所得f 〇的值。同時利用球 面波引入的離焦數值修正復原波前，這種處理方式值得商榷，因為不同測量口徑，離焦數值 不同，并且在標定參數過程中引入了 一系列的數學近似。 【實用新型內容】
[0008] 為了解決【背景技術】中存在的上述技術問題，本實用新型提出了一種可實現寬譜段 夏克-哈特曼波前傳感器系統(tǒng)誤差和物理參數的絕對標定以及可提高系統(tǒng)標定精度的寬 譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置。
[0009] 本實用新型的技術解決方案是：本實用新型提供了一種寬譜段夏克-哈特曼波 前傳感器絕對標定裝置，其特殊之處在于：所述寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定 裝置包括會聚鏡、點衍射板、錐孔板、高精度平移臺、采集與控制計算機、光軸定位模塊以及 可輸出不同波長單色光的單色儀；所述單色儀可輸出不同波長的單色光，其波段覆蓋范圍 從紫外到紅外；所述錐孔板可拆卸的固定在待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的前端；所 述錐孔板的錐孔中心與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的靶面中心重合；待標定的夏 克-哈特曼波前傳感器固定在高精度平移臺上；所述采集與控制計算機分別與待標定的夏 克-哈特曼波前傳感器以及高精度平移臺相連；所述會聚鏡設置在單色儀的出射光路上； 所述會聚鏡、點衍射板以及錐孔板依次處于同一光軸上；所述光軸定位模塊置于點衍射板 與錐孔板之間。
[0010] 上述點衍射板是可見光和紅外波段點衍射板或紫外波段點衍射板；所述點衍射板 是可見光和紅外波段點衍射板時，所述點衍射板上設置有從1 ym~10 ym不等尺寸的針 孔；每種尺寸的針孔至少包括3個；相鄰針孔的孔間距大于1_ ;所述點衍射板是紫外波段 點衍射板時，所述點衍射板上設置有納米量級的針孔，針孔規(guī)則排列組成針孔陣列；相鄰針 孔的間距由范西特-澤尼克定理決定；針孔陣列區(qū)域大小通過標量衍射理論計算理想點光 源發(fā)出的球面經待標定夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列形成衍射光斑的大小來決 定。
[0011] 上述點衍射板置于會聚鏡的焦點處。
[0012] 上述光軸定位模塊包括He-Ne激光器、分光鏡以及平面鏡；所述分光鏡以及平面 鏡依次設置在He-Ne激光器的出射光路上；分光鏡將He-Ne激光器出射的激光分為反射光 以及透射光；反射光入射至點衍射板上；透射光入射至平面鏡后依次經平面鏡反射以及分 光鏡反射后入射至錐孔板上。
[0013] 本實用新型的優(yōu)點在于：
[0014] 本實用新型提供的寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置，此裝置基于矢 量衍射理論和范西特-澤尼克定理，首先利用單色儀、會聚鏡和設計的點衍射板產生與夏 克-哈特曼波前傳感器工作波長一致的高精度球面波，然后通過光軸定位模塊完成球面波 與夏克-哈特曼波前傳感器的對準，再移動夏克-哈特曼波前傳感器采集不同位置處被微 透鏡陣列分割的光斑陣列圖像，最后通過標定算法實現夏克-哈特曼波前傳感器的絕對標 定。本實用新型利用單色儀、會聚鏡和設計的點衍射板，可生成不同工作波長的高精度球面 波，從而實現了寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器標定，并提高了系統(tǒng)標定精度；利用光軸定 位模塊實現了球面波與夏克-哈特曼波前傳感器的高精度對準，從而提高系統(tǒng)標定精度； 利用帶光柵尺的高精度平移臺實現了夏克-哈特曼波前傳感器的移動距離的高精度測量， 從而提高系統(tǒng)標定精度；利用標定算法實現夏克-哈特曼波前傳感器的絕對標定，計算響 應時間短，計算結果準確度高，本實用新型結構簡單、穩(wěn)定性高、重復性好，測量結果置信度 尚。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型所提供的標定裝置的結構示意圖；
[0016] 圖2是本實用