1、中华人民共和国国家标准激光棒波前畸变的测量方法Test method for wavefront distortion of laser rods UDC 621. 383. 032 :620. 1 GB 11 297. 1 - 8 9 本标准适用于波长为632.8nm的光波能透过的所有激光晶体棒。测量平面波前透过激光棒后，波前畸变的最大峰-谷值偏差，用以检测棒折射率的不均匀性。被测量波前畸变范围是1/201个波长。1 名词术语本标准所用的名词术语的定义符合GB11293(固体激光材料名词术语。1. 1 波前wavefront 光波振动相位相同的点所构成的面。又称波面、波阵面。1. 2 干涉仪
2、interferometer 利用光的干涉原理测定光理差或其他光参量的仪器。1.3 双程型干涉仪interferometer of double-pass type 两相干光束中的测试光束通过一次被测样品，然后由测试反射镜反射，再次通过被测样品，因此测试光束两次通过被测样品。LTY-80型棱镜干涉仪属于Twyman-Green型干涉仪。1.4 干涉条纹interference fringe 光i皮干涉所产生的亮暗相间的条纹或图样，又称干涉图样(interferencepattern)。1. 5 干涉图interferogram 由两个波前干涉产生干涉条纹的图形。1.6 条纹间距fringe s
3、pacing 干涉图上两个相邻亮条纹或两个相邻暗条纹之间的间距。条纹间距对应于一个波长的光程差。双程型干涉仪的条纹间距对应1/2个波伏的光程差。1. 7 对比度(可见度)visibility of interference fringe 干涉条纹明暗对比的量。对比率u可用下式表示z式中:1 max一-干涉条纹光强的极大值;1 mn一一干涉条纹光强的极小值。1. 8 参考面reference surface 1max - 1min v二二1m. + 1 min 由确定波阵面偏差的方法推论出来的平面。1.9 峰值偏差peak deviation 被测试的波阵面对参考面一侧的最大偏差值。1. 10
4、谷值偏差valley deviation .( 1 ) 被测试的波阵面对参考面一侧的最大偏差值。该偏差值是峰值偏差的另一侧差值。1. 11 峰-谷值偏差.cak-to-valley deviation 峰值偏差和谷值偏差数值之和。中华人民共和国机械电子工业部1988-10-09批准1990-0个01实施GB 11 297 . 1 - 89 2 测量原理一个被测激光棒的光学质量可用一个平面波前透过该棒后波前畸变的峰-谷偏差来表征，波前畸变用干涉法来测量。通过分析和计算一个波前畸变干涉图的干涉条纹偏离等问距的栅线组的最大左和有偏差与等间距栅线组间距的比值，就可以得到以条纹数为单位的波前畸变值，或转
5、换成以波长数表示tIJ波前畸变值。3 测量仪器与装置3.1 干涉仪本标准使用LTY-BO型棱镜干涉仪或其他型号的Twyman-Green型干涉仪。它是由如图1所示的部件所组成的双程型干涉仪:M! _ Mz A向拎-十丸A 图1a一光源、聚光及准直系统Ib分光镜IC一目视观察点Id照相屏;M!参考反射镜IMz一测试反射镜1M3一目视-照相机转换反射镜1M.照相反射镜pe一被测激光棒J一观察系统干涉仪包括波长为632.8nm的氮氯激光器和聚光扩束系统、准直系统、分光系统、参考反射镜和测试反射镜以及观察和照相系统。也可另用照相机拍摄干涉图。为保证激光棒波前畸变的测量精度，其yt路中不放被测棒时的干涉
6、图象对应的波前畸变值应不大于1/20o 3. 2 被测激光棒的固定支架采用V形槽，并带有水平方向和垂直方向的调整机构。3. 3 测量时所用的激光光源波长为632.8nm，功率为1mW。在测量透明度较差的激光棒时，应用功韦较大的激光光源。3.4 各向异性晶体激光棒，须用偏振光光源。4 干涉仪测量环境及激光槽光加工要求4.1 环境条件干涉仪应放置在无明显振动的环境中。干涉仪和被测激光棒周围环境温度梯度应小于士1C/m.空间气流要降到最小。4.2 被测激光棒光加工技术要求4.2.1 被测激光棒两端面的平行度应小于或等于10GB 11 2 9 7. 1 - 8 9 4.2.2 被测激光棒的垂直度应小于
7、或等于5俨4.2.3 被测激光棒端面的平面度应小于或等于l/8o 。4.2.4 被测激光棒的表面粗糙度是B=III级，即符合GB1185(光学零件表面庇病中B=III的要求。4.3 本方法在原则上也适用于具有与棒轴线成任意角度、两端面平行的激光棒。4.4 所拍摄的被测激光棒的干涉图的精度将受条纹可见度的影响。条纹显示不清晰会导致分析和计算中的误差。注2条纹可见度低是由于光摞相干性不足，被测激光棒中双折射.条纹记录介质的灵敏度不均匀，相干波前强度不相等或干涉仪测试和参考光程不相等诸因素引起。5 测量步骤5. 1 用镜头纸或其他方法清洗被测激光棒端面。注意切勿损坏端面的增透膜。5.2 将被测激光棒
8、轻轻地放在V型槽内，置于测量反射镜前的测试光路中。注z手持激光棒的时间要短，以避免热梯度影响干涉条纹的测量精度.5.3 调试V型槽的水平和垂直调整机构，使激光棒轴向与测试光路平行。此时激光棒两端面投影应重合为个圆。5.4 调试测试反射镜的俯仰和水平位置，以此来调整干砖仪视场中激光棒外部背影条纹的方向，使得视场中激光棒内的干涉条纹畸变最大。注2进入被测激光律视场内干涉条纹的条纹数目，由激光波前畸变量的大小来确定.为提高灵敏度，光学质量好的棒波前畸变小，梅内视场中条纹数取3-4条，光学质量较差的梅波前畸变大，棒内视场中的条纹数取5-7条.5.5 拍摄干涉图z拍摄干涉图时，须等条件稳定后进行，否则会
9、造成测量误差。6 干涉图的分析与计算6.1 波前畸变干涉图是由两相干光波形成。一是参考平面被阵面，另一是测试平面波阵面。由于激光棒材料折射率的不均匀性，剩余应力和棒两端面平面度偏差等因素引起的透射测试波阵面畸变，会产生波前畸变的干涉图。6.2 把一组等间距栅线组迭加到干涉图的条纹上。对干涉条纹和栅线组进行比较，测量干涉图中条纹偏离栅线两侧的偏差来完成计算。6.3 栅线组平均间距计算方法6.3.1 将拍摄的干涉图放大到归050o6.3.2 把干涉条纹放在条纹处于竖直的方向上。6.3.3 取放大后干涉图直径的90%作为波前畸变干涉图的计算孔径.从左到右，从1到m依次给条纹编号。条纹的选择应大于计算
10、孔径的70%。见图2:计算孔径2 3 4 图2GB 11 2 97. 1 - 8 9 6.3.4 沿每一条纹中心从上到下画一条中心线，由条纹序号1到序号m，见图3012 11 图3注g中心线应是相应于沿着条纹最大强度的等相位线。6.3.5 在计算孔径内，用一直尺画两条水平线II和lz，使其与条纹lm的中心线相交，II和l2间距应尽可能远。6.3.6 用格值精度为1mm的直尺分别测量上、下水平线II、l2和条纹1、条纹m中心线交点之间的距离，记作矶、D2单位为mmQ6.3.7 用公式(2)计算条纹的平均间距z=一一一一.( 2 ) 1 2(m - 1) 由式(2)计算出的条纹的平均间距f(mm)
11、，即栅线组的间距。6.3.8 将干涉图(如图4)的中间条纹(条纹3)与两水平线II和l2交点B、C连成一直线人。4 图46.3.9 在计算孔径内，以条纹平均间距f平行于l3画一组直线，从而构成等间距的、平行的栅线组。该栅线组相等于参考面。6.4 波前畸变的峰-谷值偏差计算GB 11297. 1-8 9 6.4.1 以毫米为单位，测量和记录每条条纹与栅线组中相应直线右侧的最大偏差值tlfR(峰值偏差)。其中有一最大峰值偏差tlfRmax。见图5。3 图5A 条纹与栅线组中相应直线左侧的偏差值.mm;.fR一条纹与栅线组中相应直线右侧的偏差值.mm;f条纹的平均间距.mm6.4.2 以毫米为单位，
12、测量和记录每条条纹与栅线中相应直线左侧的最大偏差值tlfL(谷值偏差)。其中有一最大谷值偏差tlfLmax。见图506.4.3 测量所得的激光棒干涉条纹的最大峰值偏差与最大谷值偏差之和即是波前畸变的最大峰-谷值偏差。见式(3):tlf max = tlf Lmax + f Rmax . . . . . . . . . . . ( 3 ) 式中:tlfmax一一最大峰-谷值偏差，mm;tl fLmax一一最大谷值偏差，mm;/:,. fRmax 最大峰值偏差，mm。6. 5 用干涉图计算光程差值6.5.1 以干涉条纹数为单位，计算最大峰谷值偏差相应的光程差值OPD)，式中:1一一干涉条纹的平均间
13、距，mm; jmax一一最大峰-谷值偏差，mm。)1 =半.(4 ) 6. 5. 2 以波长为单位，计算并记录最大峰-谷值偏差相应的光程差值OPD).(OPDh=(OPD)F -1. ( 5 ) n 式中:n一一测试光束通过被测激光棒的次数。对双程型干涉仪，n=2。6. 5. 3 由于橄光棒的本征波长与测量所用光源的波长不同，相应的光程差也不同。可用式(6)换算:(OPD)., =去(OPD). . . . . . . . . .叫6) 式中:(PD)!一一相应于激光棒本征波长F的光程差值;A一一测量所用光源的波长，nm; =632.8 nm; ).-激光棒的本征波长，nm。GB 11297.1-89 6.6 如需以每25mm的干涉条纹数N来表示波前畸变峰-谷值偏差，可用式(7)换算:式中:L一一被测激光棒长度，mm。7 精度用此方法干涉图判读精度是士1/20。8 测试报告内容8.1 操作者姓名。8.2 测试日期。8.3 被测激光棒编号及尺寸。8.4 干涉图照片。8. 5 于涉仪型号。8.6 测试结果。附加说明:N=警(OPD)j. ( 7 ) 本标准由机械电子工业部第十一研究所，华东工学院共同起草。本标准主要起草人张培河、陈进榜。
