【国家标准(GB)】 激光棒波前畸变的测量方法

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 ruds
UDC 621: 383. 032
GB 11297. 1
本标推适册于波长为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，用以检测捧折射率的不均匀性。被测量波前畸变范周是1/20～1个波长。1名词术语
本标附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波筋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 于涉仪 interlerumeter
利月光的下涉原理测定光程差或其他光参量的仪器。1.3双程型千涉仪inrerferometerof double-passtype两相干光束中的测试光束通过·-次被测祥品，然后由测试反射镜反射，再次通过被测伴品，因此测试光束两次通过被测样品。LTY-80型棱镜干涉仪病于Twyman-Green型干涉仪。1.4[莎条纹interference fringe光波干涉所产生的亮暗相间的条纹或图样，又称干涉图样(interference pattern)1.5干涉图interlerogram
由两个波前干涉产生涉条纹的图形。1.6条纹间距fringespacing
下涉图上两个相邻亮条纹或两个相邻暗条纹之间的间距。条纹间距对应丁一个波长的光程差。双程型干涉仪的条纹间距对应1/2个波长的光程差。1.7对比度（可见度）visibilityof interferenrefringeF涉条纹明暗对比的量。对比率可用下式表示，一
式中：Im——下涉条纹光强的极大值；Ienn
一干涉条纹光强的极小值。
1.8参考rcfcrence surface
日！确定被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。t.10谷值偏差valley deviation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…侧差值。1. 11峰-谷慎编差 Feak-in-vailey 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**+( 1)
1990-01-01实施
2测量原理
GB 11297. 1—B9
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蜂-谷偏差来表征，波前变用干涉法来测量。通过分析和计算-一个波前畸变干涉图的干涉条纹偏离等间距的栅线组的最大左和1任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，或转换成以波长数表示的波前畸变值。
3 测量仪器与装置bzxZ.net
3.1丰涉仪
本标准使用LTY-80型棱镜干涉仪或其他型号的Twyman-Green型干涉仪。它是由如图1所小的部件所组成的双程型干沙仪：
a—光源、离光及准直系统f分光镜让目规观察点id—照相屏：M,—参考反射镜，M-测试反射镜，M，目视-照相机转换反射镜，M。照扣反射镜，e.-被测激光梯--.观察系统
干涉仪包括波长为632.8nm的氨氮激光器和聚光扩束系统、准直系统、分光系统、参考反射镜利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，其光踏中不放被测棒时的干涉图象对应的波前畸变值应不大于1/20入。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榉时，应用功率较大的激光光源。
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棒光加工要求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二1C/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被测激光摔两端面的平行度应小于或等于10″。GB 11297. 1-89
4.2.2被测激光摔的垂直度应小于或等于5″。4.2.3被测激光样端面的平面度应小于或等于1/8入。4.2.4被测激光棒的表面粗糙度是B=II级，即符合GB1185光学零件表面庇病》中B=TⅡI的要求。4.3木方法在原则上也适用于具有与棒轴线成任意角度、两瓣面平行的激光棒。4.4所拍摄的被测激光样的干涉图的精度将受条纹可见度的响。条纹显示不清晰会导致分析和计算中的误差。
注，条纹可见度低是由于光源相干性不足，被测激光摔中双折射，条纹记录介质的灵敏度不均匀，相于波前强度不相等或于涉仪测试和参考光程不相等诸因素引起。5测量步骤
5.1用镜义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将被测激光棒轻轻地放在V型槽内，置于测量反射镜前的测试光路中。注：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。此时激光摊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，以此来调整干涉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時变最人。注：进入被测激光样规场内于涉条纹的条纹数目，由激光波前脂变盘的大小来确定.为提高灵嫩度，光学质量好的棒被前晴变小，摔内视场中条纹数取3～4条，光学蛋基较差的棒波前畸变大，悼内视场中的条纹数取5～7条。5.5拍摄干涉图：拍摄干涉图时，须等条件稳定后进行，否则会造成测量误差。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放。一是参考平面波阵面，另一是测试平面波阵面。由于激光样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，会产生波前畸变的汇涉图，
6.2把一组等间距栅线组送加到干涉图的条纹上。对干涉条纹和栅线组进行比较，测量于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将拍摄的半涉图放大到$40~50。6.3.2把十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%作为波前谱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孔径的70%。见图2：计算孔径
GB11297.1—89
6.3.4沿每一条纹中心从上到下画条中心线，由条纹序号1到序号m，见图3。图3
注：中心级应是相应于著条纹最大强度的等相位线。6.3.5在计算孔径内,用一直尺面两条水平线1,和tz，使其与条纹1～m的中心线相交，7,和1,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1、1，和条纹1、条纹m中心线交点之闻的距离,记作 D,、D.单位为 m。
6.3.7用公(2)计算条纹的平均间距：D+D
2(— 1)
由式(2)计算出的条纹的平均间距于（mm),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 和t交点B、C连成一直线图4
6.3.9在计算孔径内，以条纹平均间距f平行于13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. 189
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△f（蜂值偏差）。其中有：-最人锋值偏差△fRm。见图5。图5
条纹与线组中相应直线左侧的偏差值,mm;Af.u - Afimax +Afeu
式t: Anx
最人峰谷值偏差,mm;
最大谷值偏萃,mm：
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,计算最人峰谷值偏差相应的光程差值(OPD)，(OPD),
式：f—-T涉条纹的平均间距，mm；Afu
最大峰-谷值偏差，mm。
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(PD)(OPD)=(OPD)) :
武中：n
测试光束通过被测激光棒的次数。对双程型干涉仪，n一2。（3)
（4）
6.5.3于激光的本征被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)
式：()
(OPD):
-相应于激光棒本征被长的光程差值；入测量所用光源的波长，nm
A-632. 8 nm;
-激光棒的本征波长n
GB 11297.7—89
6.6如需以每25mm的干涉条纹数N来表示波前畸变蜂-谷值偏差，可用式(7)换算：OPD
式中;
7精度
被测激光棒长度,mm。
此方法干涉图判读精度是土1/201。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涉仪型号
8.6测试结果。
附加说明：
本标准由机械电子工业部第十-研究所华东工学院共同起草。本标准士要起草人张培河、陈进榜。（7)
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