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专利名称：自聚焦透镜聚焦性能测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光通信技术领域，具体涉及一种自聚焦透镜聚焦性能测试仪。
背景技术：
自聚焦透镜作为一种新型的光无源器件已在光纤通信领域里广泛的应用。在自聚焦透镜研制与生产的过程中，要对产品的主要技术参数其中包括折射率分布、分辨率、数值孔径、发散角和聚焦光斑的大小进行精密的测量。这是检验产品性能，保证产品质量的重要环节。聚焦光斑的大小是影响自聚焦透镜实际应用的重要技术指标。在用作光纤偶合、光盘读写头、微型光学系统时，都要求聚焦光斑的大小在几个μm的直径范围内。并且聚焦光斑的大小在一定程度上反映了透镜的分辨率和像差的大小。因此，聚焦光斑的大小直接反映了产品性能的优劣。对它进行精密准确的测量有着十分重要的意义。

发明内容
本实用新型的目的在于针对自聚焦透镜精密测量的需要，提供一种自聚焦透镜聚焦性能测试仪，采用狭缝扫描光斑直接测量法，设计构成聚焦光斑测量仪，用于测量小于1/4聚焦周期的自聚焦透镜。
本实用新型的技术方案如下自聚焦透镜聚焦性能测试仪，主要由光源、扩束器、多维精密调节移动台、精密移动狭缝、扫描驱动系统、电感测微系统、光电探测系统、X-Y记录仪和计算机控制及数据处理系统构成。其位置关系如下扩束器位于光源的激光发射光路的前方，扩束器的前方设多维精密调节移动台，被测量的自聚焦透镜被夹持在多维精密调节移动台上，在透镜夹持装置前设置精密移动狭缝，电感测微系统的电感测头与精密移动狭缝相联，它通过电感测微计连接X-Y记录仪和计算机控制及数据处理系统，扫描驱动系统通过驱动装置连接控制精密移动狭缝，在精密移动狭缝的前方设置光电探测系统的激光功率测量头，它通过激光功率测量计连接X-Y记录仪和计算机控制及数据处理系统。
本测试仪所用的光源采用He-Ne激光器或半导体激光器。扩束器采用带可调光阑整型扩束器。
所述的多维精密调节移动台由带千分尺的精密移动平台和精密多维调节装置构成，其上设有V型槽透镜夹持装置，用于夹持被测量的自聚焦透镜。精密移动狭缝安装在一个带千分尺的精密移动平台上，带千分尺的精密移动平台连接由蜗轮蜗杆传动装置、万向节联轴器、精密机械减速器和可逆伺服电机及扫描控制器组成的扫描驱动系统。
本测试仪的工作原理是通过自聚焦透镜的一束平行光线被汇聚在焦点上，狭缝垂直于光线在焦点附近移动扫描，狭缝在不同的位置透过不同的光功率，经光电转换及位移测量后，光强信号及位置信号被送入记录仪和计算机，经过数据处理得到光斑直径的参数。
本实用新型的优点是结构紧凑简单、操作简便实用、性能稳定、精度高、量值传递可靠。其关键部件的都是利用现有的成熟技术，保证了可靠性，可以满足自聚焦透镜研制与批量生产的需要
图1是本测试仪的构造示意图；图2是被测自聚焦透镜的的原理示意图。
具体实施方式
图1中1.光源，现用2mwHe-Ne激光器，也可以使用波长650nm的半导体激光器(LD650A)2.带可调光阑整型扩束器
3.带千分尺精密移动平台(PTS201M)4.精密多维调节装置(PFC101)5.V型槽透镜夹持装置6.电感测量头(DGC-8)7.精密移动狭缝8.带千分尺精密移动平台(PTS201M)9.激光功率测量头(406-1A附件)10.蜗轮蜗杆传动装置11.万向节联轴器12.精密机械减速器13.可逆伺服电机14.激光功率计(406-1A)15.扫描控制器16.电感测微计(DGB-5B)17.X-Y记录仪(LZ3104)18.计算机19.自聚焦透镜(Φ1.8mm×5.5mm)20.平行光束21.焦点参见图1，本测试仪的构造和工作原理如下用He-Ne激光器为光源1发出波长632.8nm的一束激光，光束的直径约为0.8mm。经带可调光阑整型扩束器2将光束的直径扩展n倍，略大于自聚焦透镜的直径的平行光束。再经光阑整型，成为与被测自聚焦透镜外径相当的一束平行光。扩束器2与光阑能够匹配调节，可减小光功率损耗，适应不同外径自聚焦透镜的测量。带千分尺精密移动平台3、精密多维调节装置4和V型槽透镜夹持装置5组成多维精密调节移动台。被测量的自聚焦透镜19被夹持在多维精密调节移动台的V型槽透镜夹持装置5上，调整多维精密调节移动台，使自聚焦透镜19的轴线与光源的轴线严格保持平行，光源的截面与自聚焦透镜19的端面吻合。光源以平行光束20穿过自聚焦透镜19在另一端面外汇聚，形成焦点21，参见图2。调节带千分尺精密移动平台3，可以使焦平面的位置延透镜的轴向精确移动，实现对焦点及其附近的光束截面进行分层扫描。多维精密调节移动台借用了精密光纤偶合器的技术，调节维度多达五维，可以很方便的找准测量位置。蜗轮蜗杆传动装置10、万向节联轴器11、精密机械减速器12和可逆伺服电机13及扫描控制器15组成在扫描驱动系统。其中蜗轮与带千分尺精密移动平台8连接，当蜗轮旋转时，精密移动平台8与组装在上面的精密移动狭缝7一道作直线移动。万向节联轴器11主要作用是隔断精密机械减速器12和可逆伺服电机13转动时所产生的振动。扫描驱动系统由扫描控制器15控制，它接收计算机及手动控制信号，同时接收电感测微计16反馈的扫描位置信号，控制扫描驱动系统的扫描方向和距离。精密移动狭缝7在扫描驱动系统的驱动下，垂直于自聚焦透镜19的轴向精确移动，对焦点21及其附近的光束截面进行扫描。在上述机构作用下，精密移动狭缝7的移动缓慢而精确，移动速率可以控制在0.5μm/秒，使扫描稳定而精确。精密移动狭缝7的宽度小于0.1μm，满足测量的灵敏度需要。电感测量头6是一种测量微小位移的长度计量传感器，与精密移动狭缝7同步运动，将精密移动狭缝7的位移信息转换为电信号，经电感测微计16放大处理后，供X-Y记录仪17接入X轴输入信号，并同时送入计算机控制及数据处理系统18。电感测微系统的位移测量分辨率为0.03μm，直接给出500mV/μm的电信号，其精度可由长度检定用块规进行检定。在狭缝扫描的过程中，穿过精密移动狭缝7的光线照射在激光功率测量头9上。激光功率测量头9的受光面积大于2cm2，无论光线以什么方式通过其能量都激光功率测量头9所接受，光能转换为相应的电信号，经激光功率计14放大处理后，供X-Y记录仪17接入Y轴输入信号，并同时送入计算机控制及数据处理系统18。光电探测系统的灵敏度小于100nw。穿过自聚焦透镜19的光线被汇聚在焦点21附近，其能量也高度集中。当狭缝扫描经过此点时会出现一个波峰相对最高，波束较窄的曲线。偏离焦点波峰将变低，波束也将变宽。经过多次分层扫描，便可测得最大波峰值。由X-Y记录仪17坐标纸上绘制的曲线，通过计算得到聚焦光斑的直径，或通过计算机控制及数据处理系统18直接给出数据。
权利要求1.自聚焦透镜聚焦性能测试仪，其特征在于它由光源(1)、扩束器(2)、多维精密调节移动台(3、4)、精密移动狭缝(7)、扫描驱动系统、电感测微系统、光电探测系统、X-Y记录仪(17)和计算机控制及数据处理系统(18)构成；扩束器(2)位于光源(1)的激光发射光路的前方，扩束器(2)的前方设多维精密调节移动台(3、4)，被测量的自聚焦透镜被夹持在多维精密调节移动台的V型透镜夹持装置(5)上，在透镜夹持装置(5)前设置精密移动狭缝(7)，电感测微系统的电感测头(6)与精密移动狭缝(7)相联，它通过电感测微计(16)连接X-Y记录仪(17)和计算机控制及数据处理系统(18)，扫描驱动系统通过驱动装置连接控制精密移动狭缝(7)，在精密移动狭缝(7)的前方设置光电探测系统的激光功率测量头(9)，它通过激光功率计(14)连接X-Y记录仪(17)和计算机控制及数据处理系统(18)。
2.根据权利要求1所述的自聚焦透镜聚焦性能测试仪，其特征在于光源采用He-Ne激光器或半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的自聚焦透镜聚焦性能测试仪，其特征在于扩束器(2)采用带可调光阑整型扩束器。
4.根据权利要求1所述的自聚焦透镜聚焦性能测试仪，其特征在于多维精密调节移动台由带千分尺的精密移动平台(3)和精密多维调节装置(4)构成，其上设有V型槽透镜夹持装置(5)。
5.根据权利要求1所述的自聚焦透镜聚焦性能测试仪，其特征在于精密移动狭缝(7)安装在一个带千分尺的精密移动平台(8)上，带千分尺的精密移动平台(8)连接由蜗轮蜗杆传动装置(10)、万向节联轴器(11)、精密机械减速器和可逆伺服电机(13)及扫描控制器(15)组成的扫描驱动系统。
专利摘要自聚焦透镜聚焦性能测试仪，主要由光源、扩束器、多维精密调节移动台、精密移动狭缝、扫描驱动系统、电感测微系统、光电探测系统、X－Y记录仪和计算机控制及数据处理系统构成。它通过自聚焦透镜的一束平行光线被汇聚在焦点上，狭缝垂直于光线在焦点附近移动扫描，狭缝在不同的位置透过不同的光功率，经光电转换及位移测量后，光强信号及位置信号被送入记录仪和计算机，经过数据处理得到光斑直径的参数。本实用新型的优点是结构紧凑简单、操作简便实用、性能稳定、精度高、量值传递可靠。其关键部件的都是利用现有的成熟技术，保证了可靠性，可以满足自聚焦透镜研制与批量生产的需要。
文档编号G01M11/02GK2704038SQ0324973
公开日2005年6月8日 申请日期2003年7月29日 优先权日2003年7月29日
发明者刘晓东, 刘德森 申请人:西南师范大学