本发明专利技术提供了一种双光束同轴实时调整装置及方法，采取对双光束进行调制和光线折转处理，实现双光束同轴汇合；同时将双光束的同轴光分出部分作为检测光束，并对检测光束进行分光处理，实现分别对两光束进行检测和实时调整，对两光束的调整交替进行，从而保证出射光束的高精度同轴准直，克服已有技术在双激光光束同轴度实时调整方面的不足。本发明专利技术调整的速度与精确度高，在调整过程中不影响设备的正常使用，保证了观测与测量的连续性与准确性，可应用于不同波长的双光束；利用一套检测模块可同时检测双光束，节约装置，成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密或超精密光学测量领域，具体涉及基于双激光光束的同轴实时调 整的方法及装置。
技术介绍
激光光束由于其具有良好的单色性、方向性及高亮度等优点，被广泛用于各种精 密或超精密光学观测及测量设备中。但是，由于激光在激发过程中产生的高热量易引发系 统器件变形、操作环境中温度湿度变化造成的空气折射率不均勻等原因，激光光束容易产 生平行偏移和角偏移，并随着时间的推移该现象会愈发严重，极大地影响精密观测及测量 设备的精度，甚至影响设备的使用寿命。随着科学技术的发展，为了获得更高的分辨率或 测量精度，越来越多的超高精度观测及测量设备，如受激发射损耗荧光成像显微镜(STED Stimulated Emission Depletion Microscopy)等，采用了两个甚至两个以上的激光器，更 对激光光束间的同轴度(包括平行和角度两方面)提出了更为苛刻的要求。为了保证系统 的测量分辨率，目前常规的作法是在设备运行一段时间(通常为2 3小时)后重新进行 校准，这种方法不仅费时费力，而且也并不能完全保证整个观测或测量过程的连续性和准 确性。公认较好的作法是在设备使用过程中对激光光束进行监控并对产生的平行和角 度偏移进行实时调整与补偿。科研工作者为此也进行了大量的工作。2004年，赵维谦等 (中国专利CN200410033610. 8)提出了一种对单束激光进行实时监控和补偿的方法。该方 法虽然解决了激光光束的实时调整问题，可以较好地应用于荧光自相关频谱分析仪(FCS fluorescenceCorrelation Spectroscopy)、激光准直仪等单激光光束设备，但对于需要双 激光光束的STED等设备却无能为力。
技术实现思路
本专利技术提供了一种双光束同轴实时调整的方法，采取对双光束进行调制和光线折 转处理，实现双光束同轴汇合；同时将双光束的同轴光分出部分作为检测光束，并对检测 光束进行分光处理，实现分别对两光束进行检测和实时调整，对两光束的调整交替进行，从 而保证出射光束的高精度同轴准直，克服已有技术在双激光光束同轴度实时调整方面的不 足。一种双光束同轴实时调整的方法，包括以下步骤(1)将由两个激光器发出的两激光光束调制为偏振方向互相垂直的两束线偏振 光；(2)将两束线偏振光通过光线折转汇合成同轴出射光束；(3)将同轴出射光束分光出一部分作为检测光束；(4)对检测光束进行光束筛选，使得在任何时刻只有单一激光器发出的光能量通 过，并通过调整光束筛选的条件，使得两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束；(5)将待检光束分光成两束，将待检光束分光成两束，对其中一束进行位置探测检 测平行偏移量，对另一束进行角度探测检测角偏移量；(6)根据得到的平行偏移量的大小，使激光光束向平行偏移量减小的方向进行光 束空间平动调整；根据得到的角偏移量的大小，使激光光束向角偏移量减小的方向进行光 束空间角动调整；平动调整和角动调整同时进行；(7)两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束，重复步骤(5)和(6)，实现 实时调整双光束保持同轴度。本专利技术还提供了一种用于实现上述双光束同轴实时调整的方法的装置，包括用于发出两激光光束的第一激光器和第二激光器；第一激光器发出第一入射光， 第二激光器发出第二入射光；用于将所述的两激光光束调制为偏振方向互相垂直的两束线偏振光的第一半玻 片和第二半玻片；第一半玻片将第一激光器发出的第一入射光调整为垂直方向上线偏振 光，第二半玻片将第二激光器发出的第二入射光调整为平行方向上线偏振光；用于将两束线偏振光通过光线折转汇合成同轴出射光束的第一光线折转器件和 第二光线折转器件；第一光线折转器件对第一激光器发出的第一入射光进行光线折转，第 二光线折转器件对第二激光器发出的第二入射光进行光线折转；用于从同轴出射光束分光出检测光束的第一主光路分光器；用于对检测光束进行光束筛选使得在任何时刻只有单一激光器发出的光能量通 过，并通过调整光束筛选的条件，使得两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束的 光束筛选器件；用于将待测光束分光成两束并分别检测光束的平行偏移量和角偏移量的检测单 元，由用于将待测光束分光成两束的第二检测光路分光器以及分别用于接收分光后两光束 的位置探测器和角度探测器组成；位置探测器为平行偏移探测器，角度探测器由角偏移检 测透镜和角偏移探测器组成；用于对平行偏移量和角偏移量进行实时反馈和控制的调控单元，包括用于将位 置探测器和角度探测器的得到的实测光斑位置与预设的标定光斑进行比对得到光束的平 行偏移量和角偏移量并发出反馈控制信号的控制单元(通常为计算机)，所述的控制单元 与位置探测器和角度探测器相连；以及用于根据反馈信号对光束的平行偏移量和角偏移量 进行实时调整的平行偏移和角偏移调整机构，平行偏移和角偏移调整机构通过作用于相应 的光线折转器件来实现平行偏移量和角偏移量的实时调整。第一平行偏移和角偏移调整机 构作用于第一光线折转器件，第二平行偏移和角偏移调整机构作用于第二光线折转器件。在所述的双光轴同轴实时调整装置中，所述的第一主光路分光器和第二检测光路 分光器优选为多色镜。在所述的双光轴同轴实时调整装置中，所述的光束筛选器件优选为液晶光阀，也 可通过现有技术中其它装置来实现相同功能。通过液晶光阀对检测光束进行分检。利用液 晶对光线偏振选择性透过的原理，周期性地调节液晶允许透过光线的偏振方向，使得合轴 的光能量中分别来自于第一激光器和第二激光器并在调制后具有不同偏振方向的光能量 能分别交替通过液晶光阀，成为待测光束，从而检测单元可以周期性地分别对由第一激光 器和第二激光器发出的光束的平行偏移与角偏移量进行检测，检测频率为液晶光阀刷新频5CN 101859030 A率的1/2在所述的双光轴同轴实时调整装置中，所使用的角偏移量探测器和平行偏移探测 器可以使用多种技术方案，如位置传感器(PSD fositionSensitive Detector)、四象限光 电探测器(QPD Quadrant PhotoelectricDetector)和高速电荷耦合器件(CCD Charge Couple Device)等。对于PSD或QPD，偏移量(包括平行偏移与角偏移)按如下公式进行 归一化处理 式中，IA、IB、Ic, ID分别为光束在PSD或QPD四象限上的输出电流，Ex和Ey分别表 示x方向和y方向的偏移量。当使用(XD时，x方向和y方向偏移量由标准位置与实测位置在(XD上的象素坐 标差来表示。对于角偏移检测，角偏移探测器放置于角偏移检测透镜的焦平面上。因此角偏移 量大小由如下公式确定E 其中f为角偏移检测透镜的焦距，A e X和A e y分别为入射光在x方向和y方向 的角偏移量。对于平行偏移检测分支，探测器不需要附加光学元件直接对平行偏移量进行监 控。因此平行偏移量大小由如下公式确定A x = ExAy = Ey式中，Ax和Ay分别为入射光在x方向和y方向的位置偏移量。在所述的双光束同轴实时调整装置中，所使用的平行偏移和角偏移调整机构可以 使用机械传动或无机械传动的压电陶瓷平移台和角偏转器件。其中，使用无机械传动的压 电陶瓷方案具有更高的反馈调整速度和调整精度，可以达到平行偏移30纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双光束同轴实时调整的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（１）将由两个激光器发出的两激光光束调制为偏振方向互相垂直的两束线偏振光；（２）将两束线偏振光通过光线折转汇合成同轴出射光束；（３）将同轴出射光束分光出一部分作为检测光束；（４）对检测光束进行光束筛选，使得在任何时刻只有单一激光器发出的光能量通过，并通过调整光束筛选的条件，使得两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束；（５）将待检光束分光成两束，对其中一束进行位置探测检测平行偏移量，对另一束进行角度探测检测角偏移量；（６）根据得到的平行偏移量的大小，使激光光束向平行偏移量减小的方向进行光束空间平动调整；根据得到的角偏移量的大小，使激光光束向角偏移量减小的方向进行光束空间角动调整；平动调整和角动调整同时进行；（７）两个激光器发出的光能量交替通过光束筛选成为待检光束，重复步骤（５）和（６），实现实时调整双光束保持同轴度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，郝翔，王婷婷，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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