激光自动准直系统技术方案

一种激光自动准直系统，包括入射光源，在该入射光源的主光路上依次放置置有第一反射镜的第一带压电陶瓷镜座、置有第二反射镜的第二带压电陶瓷镜座、固定反射镜一片、采样反射镜一片、会聚透镜一片，该系统还包括ＣＣＤ探头、计算机、反馈控制电路。通过ＣＣＤ探测光路偏移状况，经计算机数据处理后，驱动并控制带压电陶瓷镜座，使光路回归基准，达到自动操控的目的。本实用新型专利技术方案严格保证空间过两点有且只有一条直线原理的适用性，同时使工程实现更容易、准确。而且，方案中只对一个点采样，即可获得理想的准直光束输出，减小了光能损失和系统误差，同时降低了系统成本。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学控制装置，特别是一种激光自动准直系统。技术背景目前的激光自动准直系统(A. Stalmashonak, N. Zhavoronkov， I. V. Hertel， S. Vetrov and K. Schmid， "Spatial control of femtosecond laser system output with submicroradian accuracy, " Applied Optics 45， 1271-1274(2006))的结构如图1 所示，主要包括电荷耦合器件(charged coupled device,以下称 CCD)探头7、计算机8、反馈控制电路9、第一带压电陶瓷镜座2、 第二带压电陶瓷镜座3、第一固定反射镜41、第二固定反射镜42、 第一采样反射镜51、第二采样反射镜52、第一会聚透镜61、第二 会聚透镜62。其测量原理为空间过两点有且只有一条直线。其工 作过程为整个光路经过校准后，获得两个采样点(光线打在两片 采样反射镜上的点)的光斑位置数据作为光路调整的两个基准点。 入射光线经所述的第一带压电陶瓷镜座2反射到所述的第一采样反 射镜51上，经第一会聚透镜61聚焦在CCD探头7上，获得第一采 样点的光斑偏移信息；透过第一采样反射镜51的光线经第二带压电 陶瓷镜座3和第一固定反射镜41打在第二采样反射镜52上，经第 .二固定反射镜42和第二会聚透镜62也聚焦在CCD探头7上，获得 第二采样点的光斑偏移信息；这些偏移信息传递给计算机8，利用 计算程序计算得到的校正信息，传递给反馈控制电路9，触发压电 陶瓷伸縮，带动第一带压电陶瓷镜座2和第二带压电陶瓷镜座3转 动，保证光通过第一采样点和第二采样点。其中，第一采样点和第 二采样点的光斑偏移信息分别对应第一带压电陶瓷镜座2和第二带 压电陶瓷镜座3的精确定量调整。但是，该装置中，第二带压电陶 瓷镜座3在所述的两采样点之间，由于它的转动，会使得光线虽然通过第一采样点和第二采样点，但方向已不能保证一定与基准重合； 如果保证一定与基准重合，那么第二带压电陶瓷镜座3将被严格限 定围绕基准光线打在其上的参考点转动，这在工程实现上是非常困 难的。同时，其釆样点有2个，增大了光能损耗和系统误差，也增 加了计算机控制时编程的难度。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述现有技术在设计原理和工程实现上存在的缺点，提供一种激光自动准直系统，以适用于大能量激光系统和对光束稳定性有严格要求的实验系统。本技术的准直原理为空间过两点有且只有一条直线。模 仿人工手动调节镜架准直光路的过程，考虑到镜架本身的结构特点， 采用几何光学光线追迹的方法，首先在数学上推导出偏入射光线回 归基准光路需要满足的严格方程组，如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中，(；0,0)为光源点坐标，(0，;v。，0)为基准光线打在第二面带压电陶瓷镜座上点的坐标，Aj;、 Az分别为CCD探测到的光线在水平 和坚直方向上的偏离量，/为会聚透镜的焦距<formula>formula see original document page 5</formula>分别为第一，二面带压电陶瓷镜座上不动点坐标，以上各量均为已知量；(x1,y1,z1,)、(x2，y2，z2)分别为第一，二面带压电陶瓷镜座精确调整 后光线打在其上的点的坐标，(a1,b1,c1)、(a2、b2,c2)分别为第一、二面带 压电陶瓷镜座精确调整后镜面的单位法矢，这12个量为未知量；对 于上述方程组，其解析解不易得到，故采用数值解法先消元，代 入最后两个方程成为二元方程组，再根据探测到的偏离量估计出较 准量所在区间，最后利用计算机数值解法，循环运算直到找到误差 小于10_12的解，并据此进一步计算出每块压电陶瓷的伸、縮及距离； 通过反馈控制器，触发压电陶瓷伸縮，带动镜架转动，使光路准确 回归。基于本技术的准直原理，为实现上述专利技术目的，本技术的 技术方案是一种激光自动准直系统，包括入射光源、CCD探头、计算机、 反馈控制电路，其特点是在所述的入射光源的主光路上依次放置 有第一反射镜的第一带压电陶瓷镜座、有第二反射镜的第二带压电 陶瓷镜座、固定反射镜、采样反射镜、会聚透镜。所述的第一带压电陶瓷镜座和第二带压电陶瓷镜座平行放置，未 加电压时，由入射光源发出的光线入射到第一带压电陶瓷镜座的第 一反射镜和第二带压电陶瓷镜座的第二反射镜的入射角均为45度； 所述的固定反射镜和采样反射镜平行放置，由所述的第二带压电陶 瓷镜座的第二反射镜反射的光线入射到所述的固定反射镜的入射角 为45度，由所述的固定反射镜反射的光线入射到所述的采样反射镜的入射角为45度。所述的会聚透镜垂直于所述的采样反射镜的反射光线且使光束通过会聚透镜的光心，所述的CCD探头的感光面与所述的会聚透镜的焦平面重合，所述的CCD探头的输出端与所述的计算机的输入端 相连，所述的计算机的输出端与所述的反馈控制电路的输入端相连， 所述的反馈控制电路的两个输出端分别与所述的第一带压电陶瓷镜 座的两个压电陶瓷驱动器相连，该反馈控制电路的另外两个输出端 分别与所述的第二带压电陶瓷镜座的两个压电陶瓷驱动器相连，整 个光路保持光线在同一水平面内。所述的第一带压电陶瓷镜座和第二带压电陶瓷镜座的构成相同包括一基板，第一压电陶瓷驱动器、第二压电陶瓷驱动器对称 放置在该基板的两个顶角位置上，所述的第一压电陶瓷驱动器上的 第一调节旋钮位于所述的基板的顶角位置上，所述的第一压电陶瓷 驱动器上还设有第一压电陶瓷驱动导线，所述的第二压电陶瓷驱动 器上的第二调节旋钮、第二压电陶瓷驱动导线与所述的第一调节旋 钮、第一压电陶瓷驱动导线相对于所述的基板的对角线对称设置， 所述的基板的第三顶角上还设有第三调节旋钮，所述的第三调节旋 钮与基板的接触点是不动点。与现有技术相比，本技术的有益效果如下-1) 作为基准的两个点分别为主光路上打在固定反射镜上的点和 采样点，而且这两个基准点之间无任何光学元器件，这样就保证了 两点确定一条直线原理的适用性。2) 由于采样反射镜与固定反射镜平行安置，使得光线打在其上的两点所反映的偏移信息仅为倍数关系；又因为采样点较固定反射镜 上的点到光源的光程更长，故可将两个基准点浓縮为采样点一点。 这样，减少了光路上镜片数量，减小了主光路上的光能损失和本系 统的系统误差，也降低了系统成本。3) 在数学推导过程中，充分考虑到了镜架的结构特点和工程实现 的可行性，通过两个带压电陶瓷镜座的联动，使光路准确回归基准 的过程一步到位。带压电陶瓷镜座的第二调节旋钮在镜架调整过程 中始终保持不变。在数学推导时，充分考虑到了这一约束，避免了 现有方案中为保证准直原理的适用性而不得不将带压电陶瓷镜座严 格限定于围绕基准光线打在其上的参考点转动这一工程难题，使工 程实现变得容易，同时也提高了调整的精度。4) 计算程序的设计思路简单。5) 本装置设计思路清晰、结构简单、精度高、操作简便、可移植性好，实用性很强，有很好的推广意义。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光自动准直系统，包括入射光源（１）、ＣＣＤ探头（７）、计算机（８）、反馈控制电路（９），其特征在于：在所述的入射光源（１）的主光路上依次放置：有第一反射镜（２１）的第一带压电陶瓷镜座（２）、有第二反射镜（３１）的第二带压电陶瓷镜座（３）、固定反射镜（４）、采样反射镜（５）、会聚透镜（６）；所述的第一带压电陶瓷镜座（２）和第二带压电陶瓷镜座（３）平行放置，未加电压时，由入射光源（１）发出的光线入射到第一带压电陶瓷镜座（２）的第一反射镜（２１）和第二带压电陶瓷镜座（３）的第二反射镜（３１）的入射角均为４５度；所述的固定反射镜（４）和采样反射镜（５）平行放置，由所述的第二带压电陶瓷镜座（３）的第二反射镜（３１）反射的光线入射到所述的固定反射镜（４）的入射角为４５度，由所述的固定反射镜（４）反射的光线入射到所述的采样反射镜（５）的入射角为４５度；所述的会聚透镜（６）垂直于所述的采样反射镜（５）的反射光线且使光束通过该会聚透镜（６）的光心，所述的ＣＣＤ探头（７）的感光面与所述的会聚透镜（６）的焦平面重合，所述的ＣＣＤ探头（７）的输出端与所述的计算机（８）的输入端相连，所述的计算机（８）的输出端与所述的反馈控制电路（９）的输入端相连，所述的反馈控制电路（９）的两个输出端分别与所述的第一带压电陶瓷镜座（２）的两个压电陶瓷驱动器相连，该反馈控制电路（９）的另外两个输出端分别与所述的第二带压电陶瓷镜座（３）的两个压电陶瓷驱动器相连，整个光路保持光线在同一水平面内。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于海波，梁晓燕，冷雨欣，杜鹃，许毅，何晋平，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]