基于单模光纤光源大口径细光束自准直测量系统的实验研究
发布时间：2021-10-22 01:31
在同步辐射光源和X射线自由电子激光等装置上,大尺寸反射镜通常是作为实现X射线反射、聚焦等功能的光学元件之一。由于这些大尺寸反射镜的面形质量直接影响着反射光束的质量,因此需要很高精度的检测技术对面形进行检测,检测的精度需要达到纳米（高度检测）或纳弧度（斜率检测）量级,所以大尺寸光学元件表面面形的高精度检测成为了需要研究的重要方面。长程面形仪（LTP）和纳米光学测量仪（Nano-Optic-Measurement Machine,NOM）的出现为大尺寸光学元件提供了重要的高精度检测手段,尤其是NOM技术采用了将LTP与商用高精度自准直仪相结合测量的思想,极大地提高了表面斜率的测量精度。NOM是利用小孔光阑来获得直径为毫米量级的准直细光束实现对光学元件表面的逐点测量,但是它所使用的商业化自准直仪是针对满口径宽光束（通常透镜口径为2030mm）进行设计的,根据目前的理论计算和模拟,当商用自准直仪在细光束模式下进行测量时,会因不同入射角下f-θ透镜的像差以及细光束发散等因素而导致测量误差,对此课题组提出了大口径细光束条件下f-θ透镜的优化方法,同时设计了基于单模光纤光源大口...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高斯光束的发散
基于单模光纤光源大口径细光束自准直测量系统的实验研究10由此公式2.2和2.3可知，如果入射光束的波长λ、束腰半径大孝透镜焦距大小f确定时，可以通过改变透镜与入射光束束腰之间的距离z来控制透镜出射高斯光束束腰和距离z"的大小，从而得到所需求的光束。课题组目前设计的针对细光束模式的f-θ优化透镜，焦距f为500mm，直径D为25.4mm，它作为大口径细光束自准直测量系统的f-θ透镜，同时也是对光束进行扩束准直的准直物镜。如果仅仅使用f=500mm这样焦距较大的透镜对光源光束进行扩束准直，则透镜后出射光束的情况如图2.3所示。图2.3束腰半径17μm的高斯光束经过f=500mm透镜后的结果Figure2.3TheresultofGaussianbeamwithabeamwaistradiusof17μmafterpassingthrougha500mmfocallengthlens图2.3是根据2.2和2.3式利用Matlab的计算结果，图中是光源光束束腰半径设为17μm，当束腰与焦距为500mm透镜之间的距离在480~520mm范围变化时，透镜后出射光束束腰位置和束腰半径大小的变化情况，光源束腰位置刚好在透镜焦平面处时，出射高斯光束束腰半径有最大值6.08mm。图中可以看到入射光束束腰要设置在透镜前485~515mm的位置时，也就是距离设置在接近500mm焦距的附近才能使得束腰扩束到直径毫米量级，在这种情况下会有以下两方面的问题。在实际中光源光束束腰直径只有微米量级，由于光束发散度太大，并且束腰距离透镜500mm的距离又太远，对于口径只有20mm~30mm的透镜来说，这样的距离在光束传播到透镜前就已经完全发散了，只有极少部分的光才能经过透镜，
基于单模光纤光源大口径细光束自准直测量系统的实验研究12图2.5束腰半径17μm的高斯光束经过f=10透镜后的结果Figure2.5TheresultofGaussianbeamwithabeamwaistradiusof17μmafterpassingthrougha10mmfocallengthlens图2.5可以看到，当入射光束的束腰与透镜之间的距离z在0~20mm变化时，出射光束的束腰半径在0.017~0.1217mm的范围变化。如果出射光束束腰半径选择最大的0.1217mm，也就是束腰位置在光源透镜的焦平面处，根据公式2.3，那么此时出射光束束腰位置z1同样也在透镜焦平面处，根据尽量的减少出射光束发散角的原则，这里选择将入射光束束腰的位置设置在透镜焦平面处。光束继续通过第二块f=500mm的准直物镜，当入射光束束腰半径大小为0.1217mm，位置z2在400~600mm之间变化时，出射光束的变化范围如图2.6所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径细光束自准直测量系统的误差源分析[J]. 赵玉平,彭川黔,王劼. 半导体光电. 2018(03)
[2]自由电子激光器的原理与应用[J]. 周宇东. 中国新技术新产品. 2017(05)
[3]高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量[J]. 王垚廷,张瑞红,李光耀,张博伦. 西安工业大学学报. 2015(06)
[4]光电自准直仪关键技术研究[J]. 凌东尧,沈东凯. 中国新技术新产品. 2014(13)
[5]上海光源X射线成像及其应用研究进展[J]. 肖体乔,谢红兰,邓彪,杜国浩,陈荣昌. 光学学报. 2014(01)
[6]基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法[J]. 王丽丽,胡中文,季杭馨. 应用光学. 2012(05)
[7]自准直仪的现状与发展趋势[J]. 陈颖,张学典,逯兴莲,张振一,潘丽娜. 光机电信息. 2011(01)
[8]上海光源介绍[J]. 李浩虎,余笑寒,何建华. 现代物理知识. 2010(03)
[9]“上海光源”在医学成像的应用前景广阔[J]. 曹厚德. 中国医疗器械杂志. 2009(04)
[10]子孔径拼接检测大口径非球面技术的研究[J]. 王孝坤,郑立功,张斌智,李锐钢,张忠玉,张峰,张学军. 应用光学. 2009(02)
博士论文
[1]扫描型表面斜率测量的方法研究[D]. 彭川黔.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
硕士论文
[1]基于单模光纤光源的大口径细光束自准直技术的研究[D]. 赵玉平.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
本文编号：3450115
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高斯光束的发散
基于单模光纤光源大口径细光束自准直测量系统的实验研究10由此公式2.2和2.3可知，如果入射光束的波长λ、束腰半径大孝透镜焦距大小f确定时，可以通过改变透镜与入射光束束腰之间的距离z来控制透镜出射高斯光束束腰和距离z"的大小，从而得到所需求的光束。课题组目前设计的针对细光束模式的f-θ优化透镜，焦距f为500mm，直径D为25.4mm，它作为大口径细光束自准直测量系统的f-θ透镜，同时也是对光束进行扩束准直的准直物镜。如果仅仅使用f=500mm这样焦距较大的透镜对光源光束进行扩束准直，则透镜后出射光束的情况如图2.3所示。图2.3束腰半径17μm的高斯光束经过f=500mm透镜后的结果Figure2.3TheresultofGaussianbeamwithabeamwaistradiusof17μmafterpassingthrougha500mmfocallengthlens图2.3是根据2.2和2.3式利用Matlab的计算结果，图中是光源光束束腰半径设为17μm，当束腰与焦距为500mm透镜之间的距离在480~520mm范围变化时，透镜后出射光束束腰位置和束腰半径大小的变化情况，光源束腰位置刚好在透镜焦平面处时，出射高斯光束束腰半径有最大值6.08mm。图中可以看到入射光束束腰要设置在透镜前485~515mm的位置时，也就是距离设置在接近500mm焦距的附近才能使得束腰扩束到直径毫米量级，在这种情况下会有以下两方面的问题。在实际中光源光束束腰直径只有微米量级，由于光束发散度太大，并且束腰距离透镜500mm的距离又太远，对于口径只有20mm~30mm的透镜来说，这样的距离在光束传播到透镜前就已经完全发散了，只有极少部分的光才能经过透镜，
基于单模光纤光源大口径细光束自准直测量系统的实验研究12图2.5束腰半径17μm的高斯光束经过f=10透镜后的结果Figure2.5TheresultofGaussianbeamwithabeamwaistradiusof17μmafterpassingthrougha10mmfocallengthlens图2.5可以看到，当入射光束的束腰与透镜之间的距离z在0~20mm变化时，出射光束的束腰半径在0.017~0.1217mm的范围变化。如果出射光束束腰半径选择最大的0.1217mm，也就是束腰位置在光源透镜的焦平面处，根据公式2.3，那么此时出射光束束腰位置z1同样也在透镜焦平面处，根据尽量的减少出射光束发散角的原则，这里选择将入射光束束腰的位置设置在透镜焦平面处。光束继续通过第二块f=500mm的准直物镜，当入射光束束腰半径大小为0.1217mm，位置z2在400~600mm之间变化时，出射光束的变化范围如图2.6所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径细光束自准直测量系统的误差源分析[J]. 赵玉平,彭川黔,王劼. 半导体光电. 2018(03)
[2]自由电子激光器的原理与应用[J]. 周宇东. 中国新技术新产品. 2017(05)
[3]高斯光束束腰位置及尺寸的精确测量[J]. 王垚廷,张瑞红,李光耀,张博伦. 西安工业大学学报. 2015(06)
[4]光电自准直仪关键技术研究[J]. 凌东尧,沈东凯. 中国新技术新产品. 2014(13)
[5]上海光源X射线成像及其应用研究进展[J]. 肖体乔,谢红兰,邓彪,杜国浩,陈荣昌. 光学学报. 2014(01)
[6]基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法[J]. 王丽丽,胡中文,季杭馨. 应用光学. 2012(05)
[7]自准直仪的现状与发展趋势[J]. 陈颖,张学典,逯兴莲,张振一,潘丽娜. 光机电信息. 2011(01)
[8]上海光源介绍[J]. 李浩虎,余笑寒,何建华. 现代物理知识. 2010(03)
[9]“上海光源”在医学成像的应用前景广阔[J]. 曹厚德. 中国医疗器械杂志. 2009(04)
[10]子孔径拼接检测大口径非球面技术的研究[J]. 王孝坤,郑立功,张斌智,李锐钢,张忠玉,张峰,张学军. 应用光学. 2009(02)
博士论文
[1]扫描型表面斜率测量的方法研究[D]. 彭川黔.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2017
硕士论文
[1]基于单模光纤光源的大口径细光束自准直技术的研究[D]. 赵玉平.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
本文编号：3450115
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