CN104848805A - 一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法和装置，该方法用于对双波段的合成光束光轴平行度的检测。基于单光楔的双波段合成光束检测系统包括缩束前组、缩束后组、衰减片、楔镜、成像组、CCD传感器，利用楔镜对两波长的色散系数差异使两波长的激光光束产生一个固定的初始夹角，从而实现对双光束合成光的光轴平行度检测。

Description

一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法和装置

技术领域

本发明涉及到光束控制领域、光学检测领域，具体涉及一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法和装置。该装置可以实时检测双波段合成光束中两波长光束的光轴平行度。

背景技术

近几十年来随着激光技术的不断进步，更多波段、更高功率的激光器不断出现，相应的激光检测技术也成为迫切需要解决的问题，其中，双波段合成激光束的光轴平行度检测便是其中之一。

双波段合成激光束是一种将两种波长的激光束经过合束后整合成一束激光，要求合束后的两种波长的光具有较好的平行度。但由于在工作过程中环境温度的起伏以及平台的振动等都有可能对合束系统中元件的位置关系产生影响，因此，需要实时对合束光中两个波长光的角位置关系进行实时的监视、检测。

通常所使用的双传感器光学监视系统是先将合束器中的两种波长的激光用分光镜进行分离，使两波长的激光分别进入到各自的光路中独立传播，再分别于各自的光电传感器中汇聚成像。这种双光路探测的方式仅能起到实时监视光轴的作用，但要实现对双光束光轴平行度的检测需要先对传感器的位置进行标定，但在运输过程中由于震动等因素会使标定好的传感器位置发生变化，从而导致出现测量误差，而基于单光楔的双波段合成光束检测系统则不易受此问题影响。双传感器光学监视系统需使用两个光路来传播激光束，光学元件更多，并且需要两个光电传感器来对聚焦光斑进行探测，而基于单光楔的双波段合成光束检测系统则只使用一个光路来传播光束，并且仅需要一个光电传感器便可以同时探测到两个光斑。因此，基于单光楔的双波段合成光束检测系统使用单光路结构，且仅使用一个焦平面光电传感器便可以实现对双波段合成光束光轴平行度的监视、测量，不仅大大的节约了成本，并且提高了测量能力，其有益效果十分明显。

发明内容

本发明的目的在于对双波段合成光束的光轴平行度进行监视、测量。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于单光楔的双波段合成光束检测装置，其包括前置缩束器、衰减片、光楔、成像组、CCD传感器。

前置缩束器包括缩束前组、缩束后组，位于光路的前端，衰减片与光楔位于压缩后的平行光路中，成像组位于光楔后部；

装置工作模式如下：由双波长激光合成的激光光束被前置缩束器接收，经过缩束后的激光束被放置于缩束器后的衰减片衰减，衰减后的激光束再进入光楔，光楔对合成光束中两不同的波长光产生一个出始的θ夹角，该光束经成像组后在CCD传感器靶面上成像，经图像处理算法计算出两波长对应所成像的两个质心位置，进而计算出两波长光束之间的夹角。

本发明还提出一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，利用前述的装置。参考附图2，对于双波长合成光束，无法直接测量两合成光束间的夹角，需将被测量的角量转换为线量，即不需测量角量而只需测量线量，因此，使用一组成像镜头将合成光束成像为两个临近的像点，从而将角量转换为线量δ，则其对应的角度θ为：

θ＝arctan(δ/f)

其中f为成像组焦距，δ为光电传感器上成像光斑的质心距离。

但是如果λ1与λ2光束之间的夹角θ很小，则光电传感器靶面处的两个光斑相互叠加，将无法有效提取两个成像光斑，因此，需要赋予被测合成光束一个最小夹角，保证在λ1与λ2光束之间的夹角θ在趋近于0的情况下仍能有效提取两个被测光斑。所以在成像组前放置一块具有一定色散、带有一定楔角的光楔，其对合成光束产生的色散角θg为：

θg＝(n_λ1-n_λ2)α

其中n_λ1为光楔对λ1光的折射率，n_λ2为光楔对λ2光的折射率，α为光楔夹角。

通常由于这种合成光束的口径较大，因此，会导致光学系统中的光学元件尺寸和光路体积会比较大，所以需加入倍率为β的前置缩束系统以缩小光束口径，减小后部光学元件的尺寸并缩小后部光路的体积。

最后可以计算得到λ1与λ2的合成光束的夹角θ₀：

θ₀＝(θ-θg)/β

该方法可以精确的测量双波段合成光束的光轴平行度，且实施装置简单，相对于传统检测装置仅需要单光路、单传感器即可实现对双波段合成光束光轴平行度的检测，其优点十分明显。

附图说明

图1为基于单光楔的双波段合成光束检测方法的光路结构图，图中1为前置缩束器，2为衰减片，3为光楔，4为成像组，5为光电传感器。

图2为将被测量角量转换为线量的原理图，其中λ1、λ2是合成光束的两个波长，θ为进入成像组前λ1、λ2的夹角，f为成像组焦距，δ为成像光斑的质心距。

具体实施方式

参考附图1，这种基于单光楔的双波段合成光束检测方法所涉及到的元件、组件有前置缩束系统，衰减片，光楔，成像组、光电传感器。所述的前置缩束器作为合成光束检测方法的前置接收系统，由折射式光学系统或反射式光学系统构成，其功能是将平行光束的口径按照一定倍率进行压缩，压缩后的光束口径相对于原光束口径大幅度减小；由于各种激光器功率值各不相同，为解决功率不匹配的问题加入了衰减片，因此，所述的衰减片主要用于调节被测光束亮度，避免光电传感器出现饱和；所述的光楔为一个具有一定楔角且带有一定色散系数的光学元件，其主要作用是使合成光束中两个不同波长的光束之间产生一个初始的夹角；所述的成像组为一组带有曲率半径的光学玻璃组成，具有一定的焦距f，其功能为将平面波转换为汇聚的球面波，并于其后的光电传感器靶面上成像。所述的光电传感器的功能是探测焦平面处的光信息并将光电信号传输到计算机进行相应的处理、计算。

被检测合成双波段光束首先进入前置缩束系统，较大口径的合成光束被按照缩束系统的倍率缩小为较小口径的合成光束，经压缩的合成光束入射到衰减片，出射光被衰减到合适的亮度，再进入光楔，由于光楔具有一定的夹角和色散，将使经过光楔后的两个波长的出射光之间产生一个初始夹角，最后由焦距为f的成像组将其在光电传感器靶面上成像，由于经过光楔后的光束存在一定的夹角，因此，经成像组后将聚焦为两个分离的光斑，读取光电传感器中的光电信号后可以计算出光斑的质心位置，由成像组焦距f以及成像光斑的质心位置关系可以计算出合成光束中λ1、λ2的夹角θ，用此夹角减去光楔对λ1、λ2产生的初始夹角θ1便可以得到原始合成光束中λ1、λ2的夹角θ0。

Claims (9)

1.一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：

具有一装置，包括前置缩束器、衰减片、光楔、成像组、CCD传感器，

前置缩束器包括缩束前组、缩束后组，位于光路的前端，衰减片与光楔位于压缩后的平行光路中，成像组位于光楔后部；

装置工作模式如下：由双波长激光合成的激光光束被前置缩束器接收，经过缩束后的激光束被放置于缩束器后的衰减片衰减，衰减后的激光束再进入光楔，光楔对合成光束中两不同的波长光产生一个出始的θ夹角，该光束经成像组后在CCD传感器靶面上成像，经图像处理算法计算出两波长对应所成像的两个质心位置，进而计算出两波长光束之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：被检测合成光束是由两种波长合成的平行光束。

3.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：所述的前置缩束器为透射式或反射式结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：合成光束中两波段的初始夹角由光楔产生，且光楔位于平行光路中。

5.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：光楔后部放置成像镜组，将透过光楔后的光束成像于CCD传感器，从而将角量转化为线量。

6.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：所使用的CCD传感器能同时响应这两种波长的激光。

7.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：所述的前置缩束器作为合成光束检测方法的前置接收系统，由折射式光学系统或反射式光学系统构成，其功能是将平行光束的口径按照一定倍率进行压缩，压缩后的光束口径相对于原光束口径大幅度减小；由于各种激光器功率值各不相同，为解决功率不匹配的问题加入了衰减片，因此，所述的衰减片用于调节被测光束亮度，避免光电传感器出现饱和；所述的光楔为一个具有一定楔角且带有一定色散系数的光学元件，其作用是使合成光束中两个不同波长的光束之间产生一个初始的夹角；所述的成像组为一组带有曲率半径的光学玻璃组成，具有一定的焦距f，其功能为将平面波转换为汇聚的球面波，并于其后的光电传感器靶面上成像；所述的光电传感器的功能是探测焦平面处的光信息并将光电信号传输到计算机进行相应的处理、计算。

8.根据权利要求1所述的一种基于单光楔的双波段合成光束检测方法，其特征在于：被检测合成双波段光束首先进入前置缩束系统，较大口径的合成光束被按照缩束系统的倍率缩小为较小口径的合成光束，经压缩的合成光束入射到衰减片，出射光被衰减到合适的亮度，再进入光楔，由于光楔具有一定的夹角和色散，将使经过光楔后的两个波长的出射光之间产生一个初始夹角，最后由焦距为f的成像组将其在光电传感器靶面上成像，由于经过光楔后的光束存在一定的夹角，因此，经成像组后将聚焦为两个分离的光斑，读取光电传感器中的光电信号后可以计算出光斑的质心位置，由成像组焦距f以及成像光斑的质心位置关系可以计算出合成光束中λ1、λ2的夹角θ，用此夹角减去光楔对λ1、λ2产生的初始夹角θ1便可以得到原始合成光束中λ1、λ2的夹角θ0。

9.一种基于单光楔的双波段合成光束检测装置，其中包括前置缩束器、衰减片、光楔、成像组、CCD传感器，其特征在于：

前置缩束器包括缩束前组、缩束后组，位于光路的前端，衰减片与光楔位于压缩后的平行光路中，成像组位于光楔后部；

装置工作模式如下：由双波长激光合成的激光光束被前置缩束器接收，经过缩束后的激光束被放置于缩束器后的衰减片衰减，衰减后的激光束再进入光楔，光楔对合成光束中两不同的波长光产生一个出始的θ夹角，该光束经成像组后在CCD传感器靶面上成像，经图像处理算法计算出两波长对应所成像的两个质心位置，进而计算出两波长光束之间的夹角。