專利名稱：：正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)及調(diào)腔方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種光學探測系統(tǒng)使用的諧振腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)及其諧振腔的調(diào)腔方法，特別是正支共焦非穩(wěn)腔調(diào)腔和像差探測系統(tǒng)及其調(diào)腔方法。
背景技術：
：由于目前采用正支共焦非穩(wěn)腔結構的激光器工作波長一般都在紅外區(qū)域，那么諧振腔在工作之前是否調(diào)整好就十分關鍵，這是保證諧振腔輸出較好光束質量的重要前提之一。目前在這方面有前人作過一些探索和嘗試。JackHanlon等人在“AlignmentTechniqueforUnstableResonators”，JackHanlonandSteveAiken，AppliedOptics，Vol.13，No.11，November1974，pp.2461中提出一種方法，即在凹面腔鏡附近插入一塊帶耦合孔的45°反射鏡，利用一部自準直望遠鏡，分別定耦合輸出腔鏡中心、凸反鏡中心和凹反鏡中心，再調(diào)整凹反鏡使凹、凸腔鏡的自準直像重合。這種方法雖然調(diào)整精度較高，但缺點在于找球面鏡自準直像耗時很長，且要求自準直望遠鏡具備較大調(diào)焦范圍。WilliamF.Krupke等人在“PropertiesofanUnstableConfocalResonatorLaserSystem”，IEEEJournalofQuantumElectronics，Vol.QE-5，No.12，December1969，pp.575～586中研究正支共焦腔CO2激光器輸出光束特性時則采用的是這樣的探測方法，即近場放置一個電子光學熱像儀(Electro-OpticsAssociatesthermalscreen)探測光強，再單獨用遠場能量探測裝置(AHighSpeedHgCdTeDetector)來監(jiān)測遠場強度分布。這種方法雖可直觀地看到光束近、遠場強度模式，但明顯缺點在于不能直觀反映光束相位特征，且未將反映出的綜合效果細分為各階光學像差，對光腔調(diào)整指導意義并不明顯。D.Anafi等人在“IntracavityAdaptiveOptics.2TiltCorrectionperformance”，AppliedOptics，Vol.20，No.11，1June1981，pp.1926～1932中研究正支共焦腔CO2激光器腔內(nèi)像差的自適應光學校正時則在腔內(nèi)耦合輸出鏡附近放置一個反射率為3％的腔內(nèi)光束分束器(IntracavityBeamSplitter)來直接探測腔內(nèi)強度模式，優(yōu)點在于可直接反映腔內(nèi)光強模式，但其缺點在由于其本身的像差可能直接影響耦合輸出腔模，甚至產(chǎn)生高階模式，且這類器件一般不耐強光照射，因而不能直接置于高能激光器中進行探測。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所提供的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種正支共焦非穩(wěn)腔調(diào)腔和像差探測系統(tǒng)及其調(diào)腔方法，可在較短時間內(nèi)快速調(diào)腔共軸，縮短了激光器出光前的等待時間，還可以給出耦合輸出光束的低階、高階像差數(shù)據(jù)、強度分布等，從而全面了解調(diào)腔光光束質量和調(diào)腔共軸程度。本發(fā)明的技術解決方案是正支共焦非穩(wěn)腔調(diào)腔和像差探測系統(tǒng)，其特點在于它由He-Ne光源、正支共焦非穩(wěn)腔腔鏡、光束匹配系統(tǒng)、哈特曼-夏克波前傳感器、四向限強度傳感器、分光鏡、圖像采集卡，數(shù)據(jù)處理計算機組成，其中正支共焦非穩(wěn)腔腔鏡由45°反射鏡組、耦合輸出鏡，凸面反射鏡、凹面反射鏡構成，He-Ne光源在45°反射鏡組之前，45°反射鏡組中的兩個反射鏡夾角為90°，凸面反射鏡位于凹面反射鏡之前，耦合輸出鏡位于凸面反射鏡之前；分光鏡位于耦合輸出光束前方，四向限強度傳感器位于分光鏡的透射方向，光束匹配系統(tǒng)位于分光鏡的反射方向，光束匹配系統(tǒng)的輸出經(jīng)過哈特曼-夏克波前傳感器送至數(shù)據(jù)處理分析計算機中，同時四向限強度傳感器的測量結果輸出也送至數(shù)據(jù)處理分析計算機中。所述的凸面反射鏡位于凹面反射鏡之前并靠近，二者位置關系并不要求非常精確，但必須保證諧振腔腔長為設計所要求的腔長，諧振腔腔長L＝光束從第一反射鏡至凸面反射鏡的距離+第一反射鏡至第二反射鏡的距離+第二反射鏡至凹面反射鏡的距離。所述的耦合輸出鏡位于凸面反射鏡之前并靠近凸面反射鏡，且與光軸夾角為45°。所述的第一反射鏡(21)上開有Φ1.5mm的小孔。所述的哈特曼-夏克波前傳感器由縮束系統(tǒng)、子孔徑數(shù)為32×32的微透鏡陣列、光電耦合器件構成，其中微透鏡陣列位于縮束系統(tǒng)和光電耦合器件之間，光電耦合器件位于微透鏡陣列的焦平面上。所述的四向限強度傳感器主要由縮束系統(tǒng)、子孔徑數(shù)為32×32的微透鏡陣列、四象限光斑質心探測器和光電信號處理電路構成，其中微透鏡陣列位于縮束系統(tǒng)和四象限光斑質心探測器之間，四象限光斑質心探測器位于微透鏡陣列的焦平面上。采用上述探測系統(tǒng)進行正支共焦非穩(wěn)腔調(diào)腔方法，其特點在于包括下列光腔調(diào)整步驟(1)調(diào)整腔鏡使腔長L為設計腔長；(2)、使He-Ne光源均勻穿過45°反射鏡組中的第一反射鏡，再調(diào)整凸面反射鏡，使第一反射鏡和凸面反射鏡共光軸；(3)調(diào)整凹面反射鏡鏡，使第二反射鏡與凸面反射鏡共光軸；(4)在光路中放置耦合輸出鏡，耦合輸出鏡置于凸面反射鏡之前并靠近凸面反射鏡，調(diào)整耦合輸出鏡與系統(tǒng)光軸成45°角，用肉眼觀察，調(diào)腔良好的耦合輸出光束強度分布為由內(nèi)到外逐漸減弱的均勻圓環(huán)，遮攔比約為1∶2；(5)用強度傳感器對輸出光束強度進行測量，要求各向限內(nèi)強度分布要基本均勻；同時采用哈特曼-夏克波前傳感器對光束波前進行測量，要求哈特曼-夏克波前傳感器測得的各階Zernike像差系數(shù)＜0.15，并作為諧振腔已經(jīng)調(diào)整好的判據(jù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下有益效果(1)對正支共焦腔做到了快速調(diào)整，縮短了激光器出光前的等待時間。本發(fā)明由于首先采用分別調(diào)腔共光軸，即先調(diào)整He-Ne激光器，45°反射鏡組中第一反射鏡，凸面反射鏡共光軸，再使凸面反射鏡、45°反射鏡組中第二反射鏡、凹鏡共光軸，從而使整個系統(tǒng)共光軸，先用肉眼觀察輸出光束均勻性，這是粗調(diào)過程。若這步做得較好則說明光腔已基本共軸了。再結合哈特曼-夏克波前傳感器反映的波面像差特性(實時測量)，從細分后的各階像差Zernike系數(shù)實時反映諧振腔的調(diào)整狀態(tài)，做出有針對性地綜合判斷或調(diào)整措施，譬如若第3項Zernike系數(shù)(離焦)較大，則可對腔長L進行調(diào)整，這是精調(diào)過程，從而達到快速調(diào)腔的目的。(2)對調(diào)整好后的腔內(nèi)的像差可進行實時測量監(jiān)控，及時判斷非穩(wěn)腔共軸狀態(tài)，采用的腔內(nèi)像差探測裝置具有結構簡單，使用方便，抗干擾能力強等優(yōu)點。本發(fā)明由于傳統(tǒng)光束像差測量一般采用干涉儀，從干涉條紋形狀反映光束像差特性。但干涉儀缺點是抗干擾能力差，必須在氣墊防振平臺上使用；并且結構較復雜，測量時必需對干涉儀光路進行調(diào)整(使參考光與待測光形成干涉條紋)，耗時較長。而哈特曼-夏克波前傳感器結構簡單由縮束系統(tǒng)、微透鏡陣列和CCD探測器構成一個整體。使用方便不需要調(diào)整波前傳感器內(nèi)部光路，只需將被測光束與波前傳感器調(diào)整共軸即可。抗干擾能力強無需氣墊防振平臺，在普通應用環(huán)境下就可使用。(3)本發(fā)明采用對近場光束的強度和相位進行同時測量，以這一雙重判據(jù)來確定非穩(wěn)腔的調(diào)整狀態(tài)，而常用的遠場測量方法反映的是光束質量的綜合效果，沒有細分為各階像差，并且測量系統(tǒng)較為復雜。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構原理示意框圖；圖2為哈特曼-夏克波前傳感器探測到的光斑經(jīng)模式法進行波前重構后得到的近場光束相位分布(100幀取平均值)情況；圖3為探測到的近場光束強度模式分布圖；圖4為哈特曼-夏克波前傳感器探測到成像于CCD靶面上的光斑點陣圖；圖5為由像差波面計算出的遠場光斑圖像；圖6為由像差系數(shù)計算出的環(huán)圍能量分布曲線圖；圖7為本發(fā)明的波前計算分析程序的流程圖。具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的探測系統(tǒng)由He-Ne激光器1，正支共焦腔腔鏡組、分光鏡9，光學匹配(擴束或縮束)系統(tǒng)6，Hartmann-Shack波前傳感器7，四向限強度傳感器8和數(shù)據(jù)處理分析計算機10組成，其中正支共焦腔為折疊型腔，包括折轉光路的兩個呈45°反射鏡組2、耦合輸出鏡3，凸面反射鏡4、凹面反射鏡5構成，其中45°反射鏡組2中第一反射鏡21、第二反射鏡22的夾角為90°，凸面反射鏡4位于45°反射鏡組2中開耦合孔的第一反射鏡21(第一反射鏡21上開有耦合孔的目地在于使He-Ne光1又稱調(diào)腔光，完全耦合進諧振腔以檢查光腔調(diào)整狀態(tài)，但該耦合孔不應開過大，否則將影響光束在腔內(nèi)的來回振蕩過程，一般為Φ1.5mm左右)之前，且位置靠近凹面反射鏡5，凹面反射鏡5和凸面反射鏡4的鏡腔位置不要求特別精確，但應保證諧振腔腔長為設計腔長L。凹面反射鏡5位于45°反射鏡組2中第二反射鏡22之前，耦合輸出鏡3位于凸面反射鏡4之前并貼近4(位置不要求特別精確)，與光軸夾角為45°，以實現(xiàn)光束的側向耦合輸出。He-Ne激光器(λ＝0.6328μm)，用來引入調(diào)腔光，光束匹配(擴束或縮束)系統(tǒng)6將入射光束口徑匹配到微透鏡陣列口徑大小，再成像于CCD靶面上，哈特曼-夏克波前傳感器(7)主要由縮束系統(tǒng)(將Φ120mm的平行光縮束為Φ4.16mm)、子孔徑數(shù)為32×32的微透鏡陣列、光電耦合器件(CCD探測器)構成，其中微透鏡陣列位于縮束系統(tǒng)和光電耦合器件之間，并且光電耦合器件位于微透鏡陣列的焦平面上。哈特曼-夏克波前傳感器的參數(shù)為口徑φ80mm，子孔徑數(shù)32×32陣列，動態(tài)范圍±1.5λ/子孔徑，波面測量精度PV＜1/10λ、RMS＜1/20λ，整體傾斜測量范圍±50″。本發(fā)明的工作過程是首先采用分別調(diào)整腔內(nèi)元件使光路共光軸，即先調(diào)整He-Ne激光器(1)，45°反射鏡組(2)中第一反射鏡(21)，凸面鏡(4)共光軸，再使凸面鏡(4)、第二反射鏡(22)、凹面鏡(5)共光軸，最后放入耦合輸出鏡(3)輸出調(diào)腔光，從而使整個系統(tǒng)共光軸，先用肉眼觀察輸出光束均勻性，這是粗調(diào)工作過程，若粗調(diào)完成較好(耦合輸出光束為由內(nèi)到外逐漸減弱的均勻圓環(huán)，遮攔比約為1∶2)則說明光腔已基本共軸了。其次，哈特曼-夏克波前傳感器(7)和強度傳感器(8)測量耦合輸出鏡(3)輸出環(huán)形光束強度和相位分布。波前重構軟件對哈特曼-夏克波前傳感器(7)采集到的(速度為25幀/秒)光斑點陣圖(參見圖4)進行實時波前重構，計算出各階像差Zernike系數(shù)(計算速度約6～7幀/秒)并實時顯示。各階系數(shù)反映了光束像差特性，同時也實時反映出諧振腔的調(diào)整狀態(tài)，從而可做出有針對性地綜合判斷或調(diào)整措施，譬如若第3項Zernike系數(shù)(離焦)較大，則可對腔長L進行調(diào)整(腔鏡沿軸或垂軸調(diào)整由精密機械結構進行，精度為0.02mm；腔鏡轉動調(diào)整靠步進電機進行，精度0.6″)，每次對腔鏡調(diào)整后再觀察各階像差Zernike系數(shù)，直至各階系數(shù)＜0.15，作為諧振腔已經(jīng)調(diào)整好的判據(jù)，這也是光腔的精調(diào)過程。以上即為圖1的動態(tài)工作過程。圖7所示為本發(fā)明波面分析軟件為自主研發(fā)的波前重構處理軟件，即計算微透鏡陣列像點質心并進行波前復原的軟件，該軟件由哈特曼-夏克波前傳感器7標定模塊和波面測量模塊組成，標定模塊選取標準參考平行光束，實際光束像差是相對于這一參考標準而言，波面測量模塊實時計算(約6幀/秒)和顯示當前波面像差Zernike系數(shù)、可給出100幀波面的Zernike像差系數(shù)(前10階)曲線圖和平均Zernike像差系數(shù)、100幀波面的PV(峰谷值)和RMS(均方根值)曲線圖及其平均值、光束質心的x、y方向漂移等。數(shù)據(jù)處理軟件可將采集到的數(shù)據(jù)進行波前重構回放，再現(xiàn)波面像差的動態(tài)變化過程。圖7為波前重構軟件基本流程圖，正支共焦非穩(wěn)腔輸出的環(huán)形調(diào)腔光由哈特曼-夏克波前傳感器中的CCD進行探測，但其探測到的僅為強度分布點陣圖(圖4所示)，為反演出光束相位分布，需進行波前重構。如圖7所示在進行測量前需要先對傳感器進行標定(即選標準平行光或標準波前，譬如選取平行光管發(fā)出的光束作為測量標準，而后測得的像差都是相對于這一標準而言)，那么待測光束(像差波前)經(jīng)哈特曼-夏克波前傳感器內(nèi)的微透鏡陣列成像后，每一個子孔徑內(nèi)的待測光束像點質心相對于定標光束質心就會有差別。因而可基于Zernike多項式波前重構原理對光束進行波前重構，簡言之有以下步驟先求出每個子孔徑內(nèi)待測光束像點質心坐標，進而求出波前斜率G(即相對于定標光束質心的偏差)，同時需計算出Zernike重構矩陣Z及其廣義逆Z+，然后計算模式函數(shù)矩陣A，有A＝Z+G。再進一步可計算出待測像差波前及相關的光學特性參數(shù)。其中哈特曼傳感器中CCD采樣率為25幀/秒；軟件實時讀取CCD采集到的圖像(先讀取一幀圖像，處理完后再讀下一幀)，進行波前重構和顯示(速率約6～7幀/秒)。由于待測光束的各階像差Zernike系數(shù)、像差波前和相關的光學特性參數(shù)(如遠場特性，環(huán)圍能量等)均已實時得到并由軟件顯示，那么也就完成了腔內(nèi)光束像差的實時探測過程。如圖1所示，本發(fā)明的正支共焦非穩(wěn)腔快速調(diào)腔方法，步驟如下(1)首先確定腔長，調(diào)整腔鏡使腔長L為設計腔長。對于腔長較長(如幾米)的腔，并不要求開始就精確到毫米，這是由于要求L＝(R1-R2)/2，R1和R2分別為凹面反射鏡和凸面反射鏡鏡腔的曲率半徑，而腔鏡的加工總會有誤差，可以根據(jù)哈特曼-夏克波前傳感器測量的像差特性對腔長進行精調(diào)，即使離焦像差系數(shù)最小。(2)He-Ne激光器1發(fā)出的光束經(jīng)45°反射鏡組2中第一反射鏡21上的耦合孔進入諧振腔，調(diào)整He-Ne激光器1，需應保證兩點①要求穿過第一反射鏡21后激光光斑為一個非常均勻的亮斑；②應使傳播一段距離后的穿腔光首先到達凸面反射鏡4，調(diào)整He-Ne激光器1和凸面反射鏡4，使光斑中心與凸面反射鏡4中心重合。(3)調(diào)整凸面反射鏡4，使光束反射后沿原路返回第一反射鏡21，然后到達第二反射鏡22，第二反射鏡22與第一反射鏡21共同構成45°反射鏡組2。(4)第二反射鏡22設計為微調(diào)機構，微調(diào)第二反射鏡22使反射后的光斑位于凹面反射鏡5中心，當腔內(nèi)振蕩光束部分進入視場后，同時調(diào)整凸面反射鏡4和凹面反射鏡5，保持反射鏡組2不動，原則是先使第二反射鏡22與凸面反射鏡4共軸，再使凹面反射鏡5與第二反射鏡組22共軸，用肉眼觀察，振蕩良好、調(diào)腔共軸的光束在鏡面上表現(xiàn)為由內(nèi)到外逐漸減弱、明暗交替的均勻圓形分布。(5)待步驟(4)完成后在諧振腔中放入耦合輸出鏡3，耦合輸出鏡3必須置于凸面反射鏡4之前并靠近它，同時調(diào)整耦合輸出鏡3前后位置并與系統(tǒng)光軸成45°角，經(jīng)諧振腔耦合輸出的調(diào)整良好的光束肉眼觀察為非常均勻、強度由內(nèi)到外逐漸減弱的圓環(huán)，遮攔比約為1∶2。(6)耦合輸出光束經(jīng)分光鏡9反射后，經(jīng)過光束匹配系統(tǒng)6(如能與H-S口徑恰好匹配，則不需光束匹配系統(tǒng)6)，用H-S波前傳感器7進行光束波前探測并分析光束中的像差。注意測量時應仔細調(diào)整傳感器以消除腔外傾斜像差，并且應當將He-Ne激光作適當衰減，使CCD采集到的光斑均勻且不飽和，這樣在進行波前重構時才能有效地減小誤差。(7)耦合輸出光束經(jīng)分光鏡9透射后進入強度傳感器8，要求其四向限內(nèi)強度分布要基本均勻。如果要求不高，可以不用強度傳感器8，直接用肉眼觀察輸出調(diào)腔光強度分布均勻性。(8)哈特曼-夏克波前傳感器7將測量到的光斑點陣進行實時波前重構，基本原理如下在傳感器中，每個微透鏡形成的光斑落在CCD靶面上對應的子窗口范圍內(nèi)，光斑在焦平面即CCD靶面上相對于微透鏡焦點的偏移量與入射光束波前在子孔徑內(nèi)的平均斜率成正比。光斑質心坐標(xc，yc)的計算公式為xc=ΣijxiIijΣijIij]]>yc=ΣijyjIijΣijIij---(I)]]>上式中xi，yj為CCD靶面上第(i，j)個像素的坐標；Iij為CCD靶面上第(i，j)個像素接收到的光強信號。根據(jù)哈特曼-夏克波前傳感器的工作原理，在實驗前先用標準平行光束入射到傳感器上，此時在CCD靶面上形成的光斑陣列可視為各微透鏡焦點，將此時的各光斑坐標(xco，yco)保存起來作為標定原點。在實驗中，存在波前相位畸變的光束入射到傳感器上，并在CCD靶面上形成光斑陣列，計算出光斑質心坐標(xc，yc)相對于標定原點的偏移量Δx＝xc-xcoΔy＝y(tǒng)c-yco(II)則入射光束波前相位在子孔徑內(nèi)x和y方向的平均斜率Gx和Gy為Gx=1S·∫s∫∂W(x,y)∂xdxdy=Δxf;]]>Gy=1s·∫s∫∂W(x,y)∂ydxdy=Δyf---(III)]]>(III)式中s為子孔徑面積；W(x，y)為入射光束波前相位；f為微透鏡焦距。再按照模式法波前重構原理進行波前重構，可以得到各階像差Zernike系數(shù)以及完整的波前相位。實時波前測量和計算程序可以實時顯示各階像差Zernike系數(shù)(前35階)、波面分布、波面PV和RMS曲線、x和y方向的質心漂移曲線等。(9)根據(jù)計算出的像差情況判斷，以哈特曼-夏克波前傳感器7測量到的各階像差系數(shù)(主要看前10階，忽略1、2項傾斜)均較?。?.15，并且強度傳感器8探測到的四向限強度分布基本均勻，作為諧振腔已經(jīng)調(diào)整好的判據(jù)；若某些像差Zernike系數(shù)較大，則根據(jù)不同情況做出判斷采取相應調(diào)腔措施，若第3項Zernike系數(shù)(離焦)較大，則應對腔長L進行調(diào)整。以上即完成了對正支共焦非穩(wěn)腔的快速調(diào)整和腔內(nèi)像差探測。圖2所示，為哈特曼-夏克波前傳感器探測到的光斑經(jīng)模式法進行波前重構后(重構時去除第1、2階傾斜)，得到的近場光束相位分布(100幀取平均值)情況。波面PV(峰谷值)為1.042λ，RMS(均方根值)為0.140λ，波長λ為0.6328μm。表1給出了圖2波面所對應的各階像差Zernike系數(shù)(前10階)、PV和RMS值及各階像差含義說明。表1表1為測得的耦合輸出光束波面像差的前10項Zernike系數(shù)表。其中Z1和Z2表示x和y方向傾斜，表示在CCD靶面成像的待測光束質心與定標光束質心的整體偏差(調(diào)整中難以將其完全減小至零)，但并不反映波面像差特性，因此在波前重構中常將這兩項忽略。Z4、Z5兩項表示低階像散、Z6、Z7表示x和y方向慧差，Z8、Z9表示較高階像散、Z10表示球差。根據(jù)經(jīng)驗，一般各階Zernike像差RMS值(本例給出前10階，若要求較高可取前35階)＜0.15(忽略Z1和Z2)，即認為光腔調(diào)整狀態(tài)較好，輸出調(diào)腔光束為近似平面波，這時激光器可以開始工作，即若Z4、Z5較大，說明可能是腔鏡裝夾過緊帶來的應力造成；若Z6或Z7較大，說明凹面反射鏡5或凸面反射鏡4可能橫向偏軸(沿x和y方向)較多；若Z3或Z10較大，說明光腔可能偏離理想腔長較多等，這樣就可以根據(jù)各階Zernike像差特性來反映實際光腔調(diào)整狀態(tài)，可以有針對性地對光腔做出調(diào)整。圖6為據(jù)像差系數(shù)計算出的環(huán)圍能量分布，曲線“1”號為理論無像差值，曲線“2”號為實際值。本實施例中輸出調(diào)腔光質量在0.4環(huán)圍處為1.46倍衍射極限(理論值為1倍衍射極限)，說明光腔已達到較好的調(diào)腔共軸狀態(tài)。權利要求1.正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)，其特征在于它由He-Ne光源(1)、正支共焦非穩(wěn)腔腔鏡、光束匹配系統(tǒng)(6)、哈特曼-夏克波前傳感器(7)、四向限強度傳感器(8)、分光鏡(9)、數(shù)據(jù)處理分析計算機(10)組成，其中正支共焦非穩(wěn)腔腔鏡由45°反射鏡組(2)、耦合輸出鏡(3)，凸面反射鏡(4)、凹面反射鏡(5)構成，He-Ne光源(1)在45°反射鏡組(2)之前，45°反射鏡組(2)中第一反射鏡(21)和第二反射鏡(22)之間的夾角為90°，凸面反射鏡(4)位于凹面反射鏡(5)之前，耦合輸出鏡(3)位于凸面反射鏡(4)之前；分光鏡(9)位于耦合輸出光束前方，四向限強度傳感器(8)位于分光鏡(9)的透射方向，光束匹配系統(tǒng)(6)位于分光鏡(9)的反射方向，光束匹配系統(tǒng)(6)的輸出經(jīng)過哈特曼-夏克波前傳感器(7)送至數(shù)據(jù)處理分析計算機(10)中，同時四向限強度傳感器(8)的測量結果輸出也送至數(shù)據(jù)處理分析計算機(10)中。2.根據(jù)權利要求1所述的正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)，其特征在于所述的凸面反射鏡(4)位于凹面反射鏡(5)之前并靠近(5)，二者位置關系并不要求非常精確，但必須保證諧振腔腔長L為設計所要求的腔長，諧振腔腔長L＝光束從第一反射鏡(21)至凸面反射鏡(4)的距離+第一反射鏡(21)至第二反射鏡(22)的距離+第二反射鏡(22)至凹面反射鏡(5)的距離。3.根據(jù)權利要求1所述的正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)，其特征在于所述的耦合輸出鏡(3)位于凸面反射鏡(4)之前并靠近凸面反射鏡(4)，且與光軸夾角為45°。4.根據(jù)權利要求1所述的正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)，其特征在于所述的第一反射鏡(21)上開有Φ1.5mm的小孔。5.根據(jù)權利要求1所述的正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)，其特征在于所述的哈特曼-夏克波前傳感器(7)由縮束系統(tǒng)、子孔徑數(shù)為32×32的微透鏡陣列、光電耦合器件構成，其中微透鏡陣列位于縮束系統(tǒng)和光電耦合器件之間，光電耦合器件位于微透鏡陣列的焦平面上。6.根據(jù)權利要求1所述的正支共焦非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差探測系統(tǒng)，其特征在于所述的四向限強度傳感器(8)主要由縮束系統(tǒng)、子孔徑數(shù)為32×32的微透鏡陣列、四象限光斑質心探測器和光電信號處理電路構成，其中微透鏡陣列位于縮束系統(tǒng)和四象限光斑質心探測器之間，四象限光斑質心探測器位于微透鏡陣列的焦平面上。7.采用權利要求1所述的探測系統(tǒng)進行正支共焦非穩(wěn)腔調(diào)腔方法，其特征在于包括下列光腔調(diào)整步驟(1)調(diào)整腔鏡使腔長L為設計腔長；(2)使He-Ne光(1)均勻穿過45°反射鏡組(2)中第一反射鏡(21)，再調(diào)整凸面反射鏡(4)，使第一反射鏡(21)和凸面反射鏡(4)共光軸；(3)調(diào)整凹面反射鏡鏡(5)，使第二反射鏡(22)與凸面反射鏡(4)共光軸；(4)在光路中放置耦合輸出鏡(3)，耦合輸出鏡(3)置于凸面反射鏡(4)之前并靠近凸面反射(4)，調(diào)整耦合輸出鏡(3)與系統(tǒng)光軸成45°角，用肉眼觀察，調(diào)腔良好的耦合輸出光束強度分布為由內(nèi)到外逐漸減弱的均勻圓環(huán)，遮攔比約為1∶2；(5)用強度傳感器(8)對輸出光束強度進行測量，要求各向限內(nèi)強度分布要基本均勻；同時采用哈特曼-夏克波前傳感器(7)對光束波前進行測量，要求其測得的各階Zernike像差系數(shù)＜0.15，并作為諧振腔已經(jīng)調(diào)整好的判據(jù)。全文摘要正支共焦非穩(wěn)腔調(diào)腔和像差探測系統(tǒng)，其特征在于它由He－Ne光源、正支共焦非穩(wěn)腔腔鏡、光束匹配望遠鏡、哈特曼－夏克波前傳感器、四向限強度傳感器、圖像采集卡，計算機組成，其中正支共焦非穩(wěn)腔腔鏡由45°反射鏡組、耦合輸出鏡，凸面反射鏡、凹面反射鏡構成。采用本發(fā)明所述基本原理能夠精確實現(xiàn)光腔快速調(diào)腔共軸，并對腔內(nèi)像差進行探測、分析處理和判斷，并且本發(fā)明中采用的哈特曼－夏克波前傳感器還具有結構簡單、使用方便、抗干擾能力強等優(yōu)點，像差分析軟件則具有實時性好、便于實施腔內(nèi)像差動態(tài)探測的優(yōu)點。文檔編號G01J9/00GK1664515SQ20051001149公開日2005年9月7日申請日期2005年3月29日優(yōu)先權日2005年3月29日發(fā)明者張翔,許冰申請人:中國科學院光電技術研究所