一种激光光束稳定系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光光束稳定系统，包括：位置敏感元件，设置于激光发射器的光束前方，用于检测光斑位置，并将位置信息传输给控制器；偏转镜，设置于激光发射器和位置敏感元件之间，用于接收控制器的角度控制信息，进行偏转，从而调节激光光束的方向；控制器，用于接收位置敏感元件的位置信息，并进行计算，将得到的偏转角度输送给偏转片，控制偏转片进行转动，来调整光束指向角度。本发明专利技术所公开的激光光束稳定系统可以在现有器件装置的基础上，实现光束的调整，达到对激光光束稳定性的要求。达到对激光光束稳定性的要求。达到对激光光束稳定性的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种激光光束稳定系统


[0001]本专利技术涉及激光光束稳定控制领域，特别涉及一种激光光束稳定系统。

技术介绍

[0002]激光器由于其提供单色性，方向性等特性优良的相干光，因此应用领域越来越广泛。在激光武器，激光制导，激光通信，制造业等领域都发挥其特长，已经取得显著的科研和产业效益。随着科研或制造对系统精度要求越来越高，激光器稳定性研究越来越迫切，特别是光斑位置的稳定性。光斑位置稳定性是激光器发挥其作用的先决条件，因此研究意义重大。
[0003]随科技发展，激光制造等领域对激光光束位置稳定度提出了越来越高的要求，特别是高精度的微细加工技术对激光束的精度和稳定度提出了更高的要求，在加工过程中，不稳定性主要来自于以下几方面：
[0004](1)在激光器系统中，即使是非常微小的抖动/振动都会导致聚焦不精准，进而影响系统的整体性能。此外，光学系统还非常容易受到外界环境中各种动态干扰的影响
[0005](2)在激光传输过程中，由于各种原因引起的振动会影响光束指向的稳定性，降低指向精度。在激光精细加工中对激光稳定性要求极高，比如要求激光偏转角度不能大于500nrad，这在一般应用中是很难达到的。
[0006]因此，在激光精密加工过程中，需要对激光偏转精确控制。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光光束稳定系统，以达到可以对激光光束进行偏转精确控制的目的。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种激光光束稳定系统，包括：
[0010]位置敏感元件，设置于激光发射器的光束前方，用于检测光斑位置，并将位置信息传输给控制器；
[0011]偏转镜，设置于激光发射器和位置敏感元件之间，用于接收控制器的角度控制信息，进行偏转，从而调节激光光束的方向；
[0012]控制器，用于接收位置敏感元件的位置信息，并进行计算，将得到的偏转角度输送给偏转片，控制偏转片进行转动，来调整光束指向角度。
[0013]上述方案中，所述偏转镜为圆形，直径为1英寸，对1000-1100nm之间的光波段具有99％以上的反射率，对于其他波段的光波长具有90％以上的透过率。
[0014]上述方案中，所述位置敏感元件对1000-1100nm之间的光波段具有70％以上的灵敏度，对其他波段的光波长具有10％以下的灵敏度。
[0015]上述方案中，所述偏转镜设置两个，分别位于光束的两侧。
[0016]上述方案中，每个偏转镜通过四个压电陶瓷进行驱动，四个压电陶瓷分布在偏转
镜的周围，通过压电陶瓷，偏转镜能够在二个维度的方向上自由调节。
[0017]上述方案中，所述位置敏感元件具有两个以上。
[0018]进一步的技术方案中，所述偏转镜的精度为500nrad，所述位置敏感元件的精度为1um。
[0019]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种激光光束稳定系统通过位置敏感元件检测光斑的位置信息，并将位置信息传输给控制器，控制器执行一定的算法，将位置信息转换成对偏转镜的角度控制信息，控制偏转镜进行转动，从而调整光束方向。本专利技术的激光光束稳定系统组成简单，可以在现有器件装置的基础上，实现光束的调整，达到对激光光束稳定性的要求。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0021]图1为本专利技术实施例所公开的一种激光光束稳定系统组成示意图。
[0022]图中，1、激光发射器；2、偏转镜；3、位置敏感元件；4、控制器。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0024]本专利技术提供了一种激光光束稳定系统，如图1所示，该系统包括位置敏感元件3，设置于激光发射器1的光束前方，用于检测光斑位置，并将位置信息传输给控制器4；
[0025]偏转镜2，设置于激光发射器1和位置敏感元件3之间，用于接收控制器4的角度控制信息，进行偏转，从而调节激光光束的方向；
[0026]控制器4，用于接收位置敏感元件3的位置信息，并进行计算，将得到的偏转角度输送给偏转片，控制偏转片进行转动，来调整光束指向角度。
[0027]本实施例中，偏转镜2为圆形，直径为1英寸，对1000-1100nm之间的光波段具有99％以上的反射率，对于其他波段的光波长具有90％以上的透过率。
[0028]位置敏感元件3对1000-1100nm之间的光波段具有70％以上的灵敏度，对其他波段的光波长具有10％以下的灵敏度。
[0029]本实施例中，偏转镜2设置两个，分别位于光束的两侧。每个偏转镜2通过四个压电陶瓷进行驱动，四个压电陶瓷分布在偏转镜2的周围，通过压电陶瓷，偏转镜2能够在二个维度的方向上自由调节。
[0030]位置敏感元件3具有两个以上。
[0031]偏转镜2的精度为500nrad，位置敏感元件3的精度为1um。
[0032]光斑轮廓、强度、大小并不是稳恒不变的，因此确定光斑光强中心是有必要的。可以由光强中心代替光斑中心，稳定光强中心的位置也就代表光斑位置稳定。
[0033]光斑抖动矢量可以分解为水平的x轴分量矢量和垂直的y轴分量矢量，这两个轴上的光强中心应该分别计算，由计算值分别控制光斑在x轴和y轴上的抖动幅度。
[0034][0035][0036]通过传感器检测的光强值及位置坐标，由上式计算两个轴向上的光强中心位置x0、y0。其中，x，y有位置敏感元件3获取，x，y与位置敏感元件3输出电压关系为：
[0037][0038]确定x0、y0之后由控制器4计算控制值，控制器4可由下式实现：
[0039][0040]控制值用来调节执行器，当执行器为快速控制反射镜时，应选择合适的工作频率。
[0041]利用FSM(快速控制反射镜)、PSD(位置敏感元件3)为核心控制部件，加入分束镜、聚焦镜等辅助光学元件，通过设计的控制器4使用检测量就算控制量。
[0042]FSM是一种快速控制反射镜，可以根据控制器4输出量调整反射镜偏转角度，将偏转的光斑调节回原来的位置。PSD是光斑的位置感测器，为控制器4提供输入量。控制器4将检测的输入量计算为控制量。
[0043]FSM、PSD、A/D、D/A的工作频率最小值决定了系统的最大工作频率，根据奈奎斯特采样定理的要求，系统的工作频率应该至少大于光斑抖动频率的2倍。实际调研后的结果显示，在现有器件装置的基础上，完全可以实现既定指标。
[0044]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本专利技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光光束稳定系统，其特征在于，包括：位置敏感元件，设置于激光发射器的光束前方，用于检测光斑位置，并将位置信息传输给控制器；偏转镜，设置于激光发射器和位置敏感元件之间，用于接收控制器的角度控制信息，进行偏转，从而调节激光光束的方向；控制器，用于接收位置敏感元件的位置信息，并进行计算，将得到的偏转角度输送给偏转片，控制偏转片进行转动，来调整光束指向角度。2.根据权利要求1所述的一种激光光束稳定系统，其特征在于，所述偏转镜为圆形，直径为1英寸，对1000-1100nm之间的光波段具有99％以上的反射率，对于其他波段的光波长具有90％以上的透过率。3.根据权利要求1所述的一种激光光束稳定系统，其特征在于，所述位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，李国强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：