CN104677599B - 一种激光器在线监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双谱段激光在线监测与调试系统的研究，主要用于各类激光器光学系统的检测、调试，尤其是高功率激光器光学系统装调、检测阶段的应用。本发明提供一种激光器在线监测系统及监测方法来保证激光器能在线快速诊断其装调质量是否满足使用要求，解决了现有的双谱段激光器在装调与检测时存在光束质量难以评价的技术问题。本发明首次利用双激光器检测法定量的评价了激光器光学系统装调的成像质量，解决了这种大功率激光器装调阶段无法实时监测装配精度是否满足设计要求的难题。

Description

一种激光器在线监测系统
技术领域
本发明涉及一种双谱段激光在线监测与调试系统的研究，主要用于各类激光器光学系统的检测、调试，尤其是高功率激光器光学系统装调、检测阶段的应用。通过激光器在线监测系统可验证某型大功率激光器光学系统装配是否满足使用要求。
背景技术
近年来，随着高功率激光技术的发展，对激光器光学系统的装配技术要求越来越高，尤其是多谱段激光器光学系统的装配更为困难。如激光器对于不同谱段要有优良的成像质量，而激光器光学系统的多谱段调校又很难在线监测，因此，急需针对该类多谱段激光器开发、建立一套激光器在线监测系统，来保证该激光器最终的装配达到使用要求。
由于该类激光器光学系统(激光器光腔)比较特殊，能同时适应双波段的激光发射，且激光器光腔能将入射的准直光原路返回，返回后不改变入射光的特性。介于该类激光器的特殊性，提出一种新型激光器在线监测系统来保证该类激光器装配过程中能快速装调光学系统。
目前，针对这类激光器的研制中，常见的激光器光学系统监测装置都存在波段范围窄，测量系统无法在可见光波段对被测激光器光学系统进行准确评价，而近红外波段的光又无法实现与被测激光器光学系统的光路对准(本发明采用的激光器光学系统主要工作波段为1064nm，这种波长的光对于人眼来说是无法响应的)，因此，在装调这种激光器时常常由于光谱不能被人眼识别而造成最终的光束质量难以评价。
所以我们结合目前经典的激光光学系统像质测量原理，采用一种消色差式共光路的方法来研究这种激光器光学系统的像质评价问题。另外，需要研究一种能快速诊断激光器光学系统远场与近场特性的设备，而这在以往的测量装置中都不具有这样的能力。因此，综上所述，为了解决这类激光器光学系统装调与检测的问题，需要研究一种双波段激光器在线监测系统来辅助这类激光器的装配。
由于激光器光路系统较为特殊，设计时首先将激光器光学腔设计成双波段消色差式结构，同时激光器光学腔具有入射光沿原路返回的特性，即一束准直光对着激光器光学系统照射，则入射光会沿光轴原路返回，才以准直光的形式射出激光器光学系统。因此，利用激光器光学系统的这种特性，结合激光器光学系统测量原理，提出了一种双波段激光器在线监测装置及测量方法，可有效的在线评价激光器光学系统的装配质量。
发明内容
为了解决现有的双谱段激光器在装调与检测时存在光束质量难以评价的技术问题，本发明提供一种激光器在线监测系统及监测方法来保证激光器能在线快速诊断其装调质量是否满足使用要求。
本发明的技术解决方案：
一种激光器在线监测系统，其特殊之处在于：包括沿光路设置的主扩束系统1和第一半透半反射镜2，所述第一半透半反射镜2的透射光路上设置有第一探测器3，所述第一半透半反射镜2的反射光路上设置有第二半透半反射镜5，
所述第二半透半反射镜5的一个透射光路上依次设置有聚焦镜14、第二反射镜15、第二探测器16，所述第二半透半反射镜5的另一个透射光路上设置有角反射镜4，所述第二半透半反射镜5的反射光路上设置有第三半透半反射镜6；
所述第三半透半反射镜6的透射光路上依次设置有第一扩束器7、第一隔离器8和检测激光器9，所述第三半透半反射镜6的反射光路上依次设置有第一反射镜13、第二扩束器12、第二隔离器11和调试激光器10，所述主扩束系统1的入射窗口与被测激光器的光腔17相对。
上述主扩束系统1的放大倍数由被测激光器的光腔17的口径和第一探测器3的尺寸确定。
上述检测激光器9为635nm激光器，所述调试激光器10为1064nm激光器。
上述主扩束系统1的放大倍数为10倍。
本发明所具有的优点：
1、本发明激光器在线监测系统，首次利用双激光器检测法定量的评价了激光器光学系统装调的成像质量，解决了这种大功率激光器装调阶段无法实时监测装配精度是否满足设计要求的难题。
2、本发明激光器在线监测系统，结合经典的伽利略望远系统原理，提出了一种消色差式扩束装置，将不同波段的两种激光光路耦合到主扩束系统中，可定性的通过可见光的手段对被测激光器光学系统进行调试，然后将初调好的激光器光学系统用红外光对其定量测试。
3、本发明激光器在线监测系统，首次采用激光扩束、分光、共光路的手段将被测激光器光学系统远场、近场光学特性进行测试，为激光器光学系统的快速定量评价提供了技术支撑。
4、本发明激光器在线监测系统，首次利用远场星点像来监测两路光光轴的一致性，其光轴测试精度可达3″。
5、本发明激光器在线监测系统，不仅可应用于该类型激光器光学系统的在线监测、调试，还可以已应用于其他光学系统MTF和系统波前的测试，有广泛的应用前景。
附图说明
图1为激光在线监测系统原理图。
其中附图标记为：1-主扩束系统，2-第一半透半反射镜，3-第一探测器，4-角反射器，5-第二半透半反射镜，6-第三半透半反射镜，7-第一扩束器，8-第一隔离器，9-检测激光器，10-调试激光器，11-第二隔离器，12-第二扩束器，13-第一反射镜，14-聚焦镜，15-第二反射镜，16-第二探测器，17-被测激光器的光腔。
具体实施方式
本发明提出了一种10倍大扩束比、消色差激光扩束系统，利用两路平行激光通过同一路扩束系统后对最终的被测激光器进行测量，经被测激光器反射回来的光束，在扩束系统目镜端设置分光镜，一路可用于监测被测激光器出射光近场的像质情况，另一路通过聚焦镜成像后可监测被测激光器光学系统远场像质的特性；与此同时，通过远场星点像在探测器靶面上的位置，可标定出两路激光光轴的一致性，其标定精度可优于3″。其中，10倍扩束系统是对635nm和1064nm进行消色差设计的，10倍主扩束系统出口直径为Φ100mm，出射光准直精度优于5″，出射光波前优于λ/5。在测量装置中分别采用了635nm和1064nm激光器对被测激光器光学系统提供主动照明测试，由于这两种半导体激光器出射光光斑较小，测量时需采用小扩束器对激光器的出射光进行扩束。
该激光器在线监测系统原理图如图1所示。
如图1所示，激光器在线监测系统主要由：10倍主扩束系统、第一半透半反射镜、第一探测器、角反射器、第二半透半反射镜、第三半透半反射镜、第一扩束器、第一隔离器、检测激光器、调试激光器、第二隔离器、第二扩束器、第一反射镜、聚焦镜、第二反射镜、第二探测器组成。
工作原理是：
(1)选用9-635激光器发出的光经第一隔离器8后，由第一扩束器7对635激光器的出射光进行扩束，将Φ1mm的光斑扩成Φ12mm的光斑，扩束后的光斑经第三半透半反射镜6后，由第二半透半反射镜5将一路光透射到后光路中的角反射器4上，此时角反射器将光路按原路返回，经第二半透半反射镜5的反射后，入射到聚焦镜14上，再经第二反射镜15将光反射到第二探测器16，可测量出635激光器本底远场光路的像质，以此可作为基底来鉴别被测激光器远场光的像质情况。
而由第二半透半反射镜5反射后的另一路光，经第一半透半反射镜2反射后入射到1-10倍主扩束系统目镜上，由其扩束后经过1-10倍主扩束系统物镜可得到一束标准的可见光(635nm)平面波；此准直光照射到被测激光器光学系统(激光器光腔)上，由于被测光学系统的特殊性，将被测光按原路返回，再次经过1-10倍主扩束系统，一路光透过第一半透半反射镜2后，照射到第三探测器3上，可直接对被测激光器的近场像质进行测试。而另一路光由第一半透半反射镜2的反射，经第二半透半反射镜5的透射后，入射到聚焦镜14上，再经第二反射镜15将光反射到第二探测器16，可对被测激光器远场光路像质进行测试。
(2)选用10-1064激光器发出的光经第二隔离器11后12第二扩束器12对1064激光器的出射光进行扩束，将Φ1mm的光斑扩成Φ12mm的光斑，扩束后的光斑经第一反射镜13和第三半透半反射镜6的发射后，由第二半透半反射镜5将一路光透射到后光路中的角反射器4上，此时角反射器4将光路按原路返回，经第二半透半反射镜5的反射后，入射到聚焦镜14上，再经第二反射镜15将光反射到第二探测器16，可测量出1064激光器本底远场光路的像质，以此可作为基底来鉴别被测激光器远场光的像质情况。
而由第二半透半反射镜5反射后的另一路光，经第一半透半反射镜2反射后入射到1-10倍主扩束系统目镜上，由其扩束后经过1-10倍主扩束系统物镜可得到一束标准的可见光(1064nm)平面波；此准直光照射到被测激光器光学系统(激光器光腔)上，由于被测光学系统的特殊性，将被测光按原路返回，再次经过1-10倍主扩束系统，一路光透过第一半透半反射镜2后，照射到第一探测器3上，可直接对被测激光器的近场像质进行测试。而另一路光由第一半透半反射镜2的反射，经第二半透半反射镜5的透射后，入射到聚焦镜14上，再经第二反射镜15将光反射到第二探测器16，可对被测激光器远场光路像质进行测试。
(3)其中635路激光与1064路激光是平行光，平行度优于3″。
(4)其中主扩束系统1将两种激光光束进行扩束；第一半透半反射镜2将635和1064两路激光分光，一路光透射到第一探测器3上，可测试近场波前，另外一路反射到第二半透半反射镜5上；第一探测器3主要用于测试光学系统波前；角反射器4主要用于将入射光按原路返回；第二半透半反射镜5主要用于分光，即可将两种激光透射，又可将两种激光反射；第三半透半反射镜6的作用是将635激光近完全透射，将1064激光近完全反射；第一扩束器7、第二扩束器12作用是为了将两类测试用的激光器进行扩束；第一隔离器8、第二隔离器11作用是为了防止激光光能反向击穿激光器用的保护器；检测激光器9、调试激光器10主要提供两种波段目标源；第一反射镜13、第二反射镜15主要作用是将光路折转；聚焦镜14主要用于对被测光学系统的光轴一致性和像质监测；第二探测器16主要用于对聚焦镜所成的像接收；被测激光器光学系统(激光器光腔)是该发明所研究的被测对象。
综上所述，采用这种光路测试系统，可利用635激光可见的特性准确的调整光路，光路调整完成后，由1064激光对被测激光器进行精测，达到最终的激光器在线实时监测目的。

Claims (4)

1.一种激光器在线监测系统，其特征在于：包括沿光路设置的主扩束系统(1)和第一半透半反射镜(2)，所述第一半透半反射镜(2)的透射光路上设置有第一探测器(3)，所述第一半透半反射镜(2)的反射光路上设置有第二半透半反射镜(5)，
所述第二半透半反射镜(5)的一个透射光路上依次设置有聚焦镜(14)、第二反射镜(15)、第二探测器(16)，所述第二半透半反射镜(5)的另一个透射光路上设置有角反射镜(4)，所述第二半透半反射镜(5)的反射光路上设置有第三半透半反射镜(6)；
所述第三半透半反射镜(6)的透射光路上依次设置有第一扩束器(7)、第一隔离器(8)和检测激光器(9)，所述第三半透半反射镜(6)的反射光路上依次设置有第一反射镜(13)、第二扩束器(12)、第二隔离器(11)和调试激光器(10)，所述主扩束系统(1)的入射窗口与被测激光器的光腔(17)相对。
2.根据权利要求1所述的激光器在线监测系统，其特征在于：所述主扩束系统(1)的放大倍数由被测激光器的光腔(17)的口径和第一探测器(3)的尺寸确定。
3.根据权利要求1或2所述的激光器在线监测系统，其特征在于：所述检测激光器(9)为635nm激光器，所述调试激光器(10)为1064nm激光器。
4.根据权利要求3所述的激光器在线监测系统，其特征在于：所述主扩束系统(1)的放大倍数为10倍。
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