本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

角錐棱鏡是一種高精度的光學(xué)元件，被廣泛應(yīng)用于光電測(cè)距的合作目標(biāo)、激光通信和光學(xué)變換領(lǐng)域。它用三個(gè)90°角回射入射光束，當(dāng)一束平行光垂直于大面入射，依次經(jīng)過(guò)三個(gè)直角反射面的反射后，從與入射方向相反的方向出射，但是隨著入射光束與大面夾角的改變，反射后出射光束的能量也隨之發(fā)生變化。這是由于角錐棱鏡存在有效面積的問(wèn)題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：

現(xiàn)有技術(shù)，沒(méi)有分析由于角錐棱鏡存在有效面積的問(wèn)題，使反射后出射光束的能量發(fā)生變化；不能分析實(shí)時(shí)測(cè)量角錐棱鏡實(shí)際有效面積隨入射角度的變化規(guī)律；而且現(xiàn)有技術(shù)不能提高角錐棱鏡的使用效率，不能對(duì)實(shí)際應(yīng)用中如何得到角錐棱鏡的最大有效作用范圍提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法，所述利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法包括以下步驟：

飛秒激光器發(fā)出激光束，在經(jīng)過(guò)位于飛秒激光器右側(cè)的第一望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)之后激光束被準(zhǔn)直擴(kuò)束，再次經(jīng)過(guò)右側(cè)的第二望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后再次擴(kuò)束；

兩次擴(kuò)束后的激光束經(jīng)過(guò)分光器件，將激光束分為激光束a和激光束b，激光束a作為信號(hào)光通過(guò)分光器件繼續(xù)傳輸，經(jīng)過(guò)一個(gè)1/4波片后，再經(jīng)過(guò)角錐棱鏡后，沿原路反射至1/4波片后經(jīng)過(guò)分光器件反射至第一聚焦透鏡；由第一ccd接收自第一聚焦透鏡的光束，并傳輸給計(jì)算機(jī)；

激光束b作為探測(cè)光由分光器件反射至第二聚焦透鏡，第二ccd接收第二聚焦透鏡的光束，并傳輸給計(jì)算機(jī)；

計(jì)算機(jī)接收到第一ccd和第二ccd的信號(hào)，并進(jìn)行歸一化處理，得出角錐棱鏡有效面積的測(cè)試值。

進(jìn)一步，對(duì)于角錐棱鏡，當(dāng)入射光線垂直于底面入射時(shí)，相應(yīng)的出射點(diǎn)與入射點(diǎn)相同，但當(dāng)入射光線傾斜于底面入射時(shí)，出射點(diǎn)位置使入射點(diǎn)位置發(fā)生偏移；使有效反射面積減少。

進(jìn)一步，當(dāng)入射光線以一定傾角射向大面時(shí)，其傾角大小用(φ，θ)表征，其中φ是入射光線與棱鏡大面發(fā)現(xiàn)之間的夾角，θ是入射光線天頂角在xy面內(nèi)投影；

根據(jù)snell定律得到在棱鏡內(nèi)的折射角φ‘為：

式(1)中n為角錐棱鏡的折射率，而此時(shí)的棱鏡有效反射區(qū)的中心o‘,o‘’將沿θ角方向分離；

根據(jù)幾何關(guān)系，計(jì)算得兩者分開(kāi)距離為：

d＝2ltan(φ′)(2)，

式(2)中l(wèi)為角錐棱鏡的高度；入射孔徑與出射孔徑不再相互平行，兩者間夾角為φ；

綜合上述，得角錐棱鏡有效面積s為：

從式(3)得出，隨著方位角的增加，有效面積隨入射角增大而減少的速度很快，使得方位角為0，有助于提高角錐棱鏡的使用效率。

進(jìn)一步，在測(cè)量過(guò)程中，所述計(jì)算機(jī)同時(shí)讀取第一ccd和第二ccd的數(shù)值，取其比值再進(jìn)行歸一化處理；設(shè)定入射角為0時(shí)的比值為1，隨入射角不同，比值有不同的變化。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：

本發(fā)明提供一種可測(cè)量角錐棱鏡實(shí)際實(shí)用面積的測(cè)量光路，可實(shí)時(shí)測(cè)量角錐棱鏡實(shí)際有效面積隨入射角度的變化規(guī)律。

本發(fā)明完全滿足了角錐棱鏡有效面積隨入射角的增大而減少的理論基礎(chǔ)。特別地，本發(fā)明使用飛秒激光作為光源，飛秒激光具有高能量、高相干性，在測(cè)量過(guò)程中由于激光束呈現(xiàn)高斯光束形式分布，中間處占有總能量的大部分，有效面積的減少?gòu)倪吘夐_(kāi)始的，變化較為緩慢，同時(shí)，隨著入射角變大，有效面積的變化越來(lái)越靠近中心區(qū)，能量的變化率也越來(lái)越大。這說(shuō)明采用飛秒激光束作為光源對(duì)提高角錐棱鏡的使用效率影響顯著。

本發(fā)明具有靈活性好、精準(zhǔn)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量系統(tǒng)示意圖。

圖中：1、飛秒激光器；2、第一望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)；3、第二望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)；4、分光器件；5、1/4波片；6、角錐棱鏡；7、第一聚焦透鏡；8、第一ccd；9、第二聚焦透鏡；10、第二ccd；11、計(jì)算機(jī)。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的兩光線中心點(diǎn)距離示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的棱鏡有效面積示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法，包括以下步驟：

s101：一束飛秒激光由飛秒激光器發(fā)出，經(jīng)過(guò)第一組望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)準(zhǔn)直擴(kuò)束，再經(jīng)過(guò)第二組望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)準(zhǔn)直擴(kuò)束，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后的光束直徑需稍大于測(cè)試中角錐棱鏡的口徑；

s102：光束通過(guò)一個(gè)分光器件，使得激光束分成兩束激光，分別為激光束a與激光束b，激光束a作為信號(hào)光通過(guò)分光器件繼續(xù)傳輸，經(jīng)過(guò)一個(gè)1/4波片后，再經(jīng)過(guò)角錐棱鏡后，沿原路反射至1/4波片后經(jīng)過(guò)分光器件反射至第一聚焦透鏡，由第一ccd接收自第一聚焦透鏡的光束，并傳輸給計(jì)算機(jī)；

s103：激光束b作為探測(cè)光由分光器件反射至第二聚焦透鏡，第二ccd接收第二聚焦透鏡的光束，并傳輸給計(jì)算機(jī)；

s104：計(jì)算機(jī)接收到第一ccd和第二ccd的信號(hào)，并進(jìn)行歸一化處理，得出角錐棱鏡有效面積的測(cè)試值。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量系統(tǒng)，包括：飛秒激光器1、第一望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)2、第二望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)3、分光器件4、1/4波片5、角錐棱鏡6、第一聚焦透鏡7、第一ccd8、第二聚焦透鏡9、第二ccd10、計(jì)算機(jī)11。

下面結(jié)合計(jì)算結(jié)果對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

對(duì)于角錐棱鏡，當(dāng)入射光線垂直于底面入射時(shí)，相應(yīng)的出射點(diǎn)與入射點(diǎn)相同，但當(dāng)入射光線傾斜于底面入射時(shí)，出射點(diǎn)位置將較入射點(diǎn)位置發(fā)生偏移。導(dǎo)致有效反射面積減少。

當(dāng)入射光線以一定傾角射向大面時(shí)，其傾角大小可用(φ，θ)表征，其中φ是入射光線與棱鏡大面發(fā)現(xiàn)之間的夾角，θ是入射光線天頂角在xy面內(nèi)投影。

如圖3，顯示了光束在經(jīng)過(guò)大面折射后，光束示意圖，此時(shí)，根據(jù)snell定律可得在棱鏡內(nèi)的折射角φ‘為：

式(1)中n為角錐棱鏡的折射率，而此時(shí)的棱鏡有效反射區(qū)的中心o‘,o‘’將沿θ角方向分離，如圖4所示。

根據(jù)幾何關(guān)系，可計(jì)算得兩者分開(kāi)距離為：

d＝2ltan(φ′)(2)

式(2)中l(wèi)為角錐棱鏡的高度。入射孔徑與出射孔徑不再相互平行，兩者間夾角為φ。

綜合上述，可得角錐棱鏡有效面積s為：

從式(3)可以得出結(jié)論，隨著方位角的增加，有效面積隨入射角增大而減少的速度很快，故而使得方位角為0，有助于提高角錐棱鏡的使用效率。

結(jié)合理論推導(dǎo)，本發(fā)明實(shí)施例提供的的利用飛秒激光進(jìn)行角錐棱鏡有效面積的測(cè)量方法，在測(cè)量過(guò)程中，同時(shí)讀取第一ccd和第二ccd的數(shù)值，取其比值再進(jìn)行歸一化處理，設(shè)定入射角為0時(shí)的比值為1，隨入射角不同，比值有不同的變化。

本發(fā)明完全滿足角錐棱鏡有效面積隨入射角的增大而減少的理論基礎(chǔ)。

本發(fā)明使用飛秒激光作為光源，飛秒激光具有高能量、高相干性，在測(cè)量過(guò)程中由于激光束呈現(xiàn)高斯光束形式分布，中間處占有總能量的大部分，有效面積的減少?gòu)倪吘夐_(kāi)始的，變化較為緩慢，同時(shí)，隨著入射角變大，有效面積的變化越來(lái)越靠近中心區(qū)，能量的變化率也越來(lái)越大。這說(shuō)明采用飛秒激光束作為光源對(duì)提高角錐棱鏡的使用效率影響顯著。

下面結(jié)合工作原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的飛秒激光器1發(fā)出激光束，在經(jīng)過(guò)位于飛秒激光器右側(cè)的第一望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)2之后激光束被準(zhǔn)直擴(kuò)束，再次經(jīng)過(guò)右側(cè)的第二望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)3后再次擴(kuò)束。兩次擴(kuò)束后的激光束經(jīng)過(guò)分光器件4，將激光束分為激光束a和激光束b，激光束a作為信號(hào)光通過(guò)分光器件繼續(xù)傳輸，經(jīng)過(guò)一個(gè)1/4波片5后，再經(jīng)過(guò)角錐棱鏡6后，沿原路反射至1/4波片后經(jīng)過(guò)分光器件反射至第一聚焦透鏡7，由第一ccd8接收自第一聚焦透鏡7的光束，并傳輸給計(jì)算機(jī)11。激光束b作為探測(cè)光由分光器件反射至第二聚焦透鏡9，第二ccd10接收第二聚焦透鏡9的光束，并傳輸給計(jì)算機(jī)11。

計(jì)算機(jī)接收到兩個(gè)ccd的信號(hào)，并進(jìn)行歸一化處理，得出角錐棱鏡有效面積的測(cè)試值。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。